Модуляция длины канала ( CLM ) — это эффект в полевых транзисторах , заключающийся в укорочении длины области инвертированного канала с увеличением смещения стока для больших смещений стока. Результатом CLM является увеличение тока при смещении стока и уменьшение выходного сопротивления. Это один из нескольких эффектов короткого канала в масштабировании MOSFET . Это также вызывает искажения в усилителях JFET . [1]
Чтобы понять эффект, сначала вводится понятие отсечения канала. Канал формируется за счет притяжения носителей к затвору, и ток, проходящий через канал, практически не зависит от напряжения стока в режиме насыщения. Однако вблизи стока затвор и сток совместно определяют картину электрического поля. Вместо того, чтобы течь по каналу, за пределами точки отсечки носители текут по подповерхностной схеме, что становится возможным благодаря тому, что сток и затвор контролируют ток. На рисунке справа канал обозначен пунктирной линией и становится слабее по мере приближения к стоку, оставляя зазор из неинвертированного кремния между концом сформированного инверсионного слоя и стоком (область отсечения ).
По мере увеличения напряжения стока его контроль над током распространяется дальше по направлению к истоку, поэтому неинвертированная область расширяется по направлению к истоку, сокращая длину области канала. Этот эффект называется модуляцией длины канала . Поскольку сопротивление пропорционально длине, укорочение канала уменьшает его сопротивление, вызывая увеличение тока с увеличением смещения стока для МОП-транзистора , работающего в режиме насыщения. Эффект тем более выражен, чем короче расстояние между истоком и стоком, чем глубже дренажный переход и чем толще оксидный изолятор.
В области слабой инверсии влияние стока, аналогичное модуляции длины канала, приводит к ухудшению поведения при выключении устройства, известному как снижение барьера, вызванное стоком , - снижение порогового напряжения, вызванное стоком.
В биполярных устройствах аналогичное увеличение тока наблюдается при увеличении напряжения коллектора из-за сужения базы, известного как эффект Раннего . Сходство воздействия на ток привело к использованию термина «ранний эффект» для МОП-транзисторов в качестве альтернативного названия для «модуляции длины канала».
В учебниках модуляция длины канала в активном режиме обычно описывается с помощью модели Шичмана-Ходжеса, точной только для старой технологии: [2] где = ток стока, = технологический параметр, иногда называемый коэффициентом крутизны, W, L = ширина и длина МОП-транзистора . , = напряжение затвор-исток, = пороговое напряжение , = напряжение сток-исток, и λ = параметр модуляции длины канала . В классической модели Шичмана-Ходжеса это константа устройства, которая отражает реальность транзисторов с длинными каналами.
Модуляция длины канала важна, поскольку она определяет выходное сопротивление МОП-транзистора — важный параметр при проектировании схем токовых зеркал и усилителей .
В модели Шичмана-Ходжеса, использованной выше, выходное сопротивление определяется как:
где = напряжение сток-исток, = ток стока и = параметр модуляции длины канала. Без модуляции длины канала (при λ = 0) выходное сопротивление бесконечно. Параметр модуляции длины канала обычно считается обратно пропорциональным длине канала MOSFET L , как показано в последней форме выше для r O : [3]
где V E — подгоночный параметр, хотя по своей концепции он аналогичен раннему напряжению для BJT. Для процесса 65 нм примерно V E ≈ 4 В/мкм. [3] (В модели EKV используется более сложный подход. [4] ). Однако на сегодняшний день ни одна простая формула, используемая для λ, не обеспечивает точную зависимость r O от длины или напряжения для современных устройств, что вынуждает использовать компьютерные модели, как кратко обсуждается ниже.
Влияние модуляции длины канала на выходное сопротивление МОП-транзистора зависит как от устройства, особенно от длины его канала, так и от приложенного смещения. Основным фактором, влияющим на выходное сопротивление более длинных МОП-транзисторов, является модуляция длины канала, как только что описано. В более коротких МОП-транзисторах возникают дополнительные факторы, такие как: снижение барьера, индуцированное стоком (что снижает пороговое напряжение, увеличивает ток и уменьшает выходное сопротивление), насыщение скорости (которое имеет тенденцию ограничивать увеличение тока канала с напряжением стока, тем самым увеличивая выходное сопротивление) и баллистический транспорт (который изменяет сбор тока стоком и изменяет вызванное стоком снижение барьера, чтобы увеличить подачу носителей в область отсечки, увеличивая ток и уменьшая выходное сопротивление). Опять же, для получения точных результатов необходимы компьютерные модели .