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  • gidl效應,柵極誘導漏極泄露電流原因與解決方法介紹
    • 發(fā)布時間:2025-07-05 15:20:15
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    gidl效應,柵極誘導漏極泄露電流原因與解決方法介紹
    一、GIDL效應產生原因
    GIDL(GateInducedDrainLeakage)效應,即柵極誘導漏極泄露電流,主要源于隧穿電流,其中縱向帶帶隧穿(L-BTBT)和橫向帶帶隧穿(T-BTBT)是關鍵因素。
    (一)縱向帶帶隧穿(L-BTBT)
    在亞閾值區(qū),當漏端電壓較大時,靠近柵極的漏端處會形成一個小的耗盡區(qū)。在此區(qū)域內,電場作用下會產生陷阱輔助的載流子,從而引發(fā)柵誘導的漏極泄露電流。當電場足夠大時,甚至可以直接發(fā)生帶間隧穿(T-BTBT)。這種L-BTBT主要發(fā)生在漏極與溝道重疊區(qū)域。隨著柵控能力的提高,溝道與漏結處的電場會升高,形成一個寄生的PN結二極管。在VDS較大時,即使柵極電壓較小,溝道處的價帶也會超過漏極導帶,從而發(fā)生L-BTBT。在FinFET與環(huán)柵器件中,由于溝道尺寸較小,該效應更為明顯。
    (二)橫向帶帶隧穿(T-BTBT)
    在FinFET與環(huán)柵器件中,這種T-BTBT特別明顯。這些器件的溝道尺寸較小,電場集中在溝道與漏結處,容易導致L-BTBT的發(fā)生,進而也可能引發(fā)T-BTBT。
    gidl效應
    二、MOS管泄漏電流分析
    在MOSFET中,引發(fā)靜態(tài)功耗的泄漏電流主要有以下幾種:
    源到漏的亞閾泄漏電流:當器件處于亞閾值區(qū)時,源極和漏極之間仍存在少量電流泄漏。
    柵泄漏電流:由于柵氧化層存在一定缺陷或薄厚不均等因素,導致柵極與溝道之間存在微小電流泄漏。
    柵致漏極泄漏GIDL電流:主要發(fā)生在柵漏交疊區(qū)。在這些泄漏電流中,當電路中器件處于關態(tài)或者處于等待狀態(tài)時,GIDL電流往往在泄漏電流中占主導地位。
    gidl效應
    三、GIDL隧穿電流與產生電流機制
    (一)GIDL隧穿電流
    當柵漏交疊區(qū)處柵漏電壓VDG很大時,交疊區(qū)界面附近硅中電子在價帶和導帶之間發(fā)生帶帶隧穿形成電流,這就是GIDL隧穿電流。隨著柵氧化層越來越薄,GIDL隧穿電流急劇增加。
    (二)GIDL產生電流
    漏pn結由于反偏,產生率大于復合率,在柵控制下,硅和二氧化硅界面處陷阱充當產生中心而引發(fā)一種柵誘導的漏極泄漏電流。
    四、柵極誘導漏極泄露電流解決方法
    GIDL效應對MOSFET的可靠性有較大影響。在短溝道器件中,GIDL現(xiàn)象尤為明顯,漏極和源極的耗盡區(qū)相互作用會降低源極的勢壘,導致亞閾值泄漏電流增加。此外,GIDL與VGD(柵源電壓與漏源電壓之差)有關,一般NMOS的GIDL會比PMOS大兩個數(shù)量級。
    (一)降低電場強度
    通過調整器件結構或工作條件,減少靠近柵極的漏端處的電場強度,從而降低隧穿電流的發(fā)生。
    (二)使用低介電常數(shù)材料
    選擇介電常數(shù)較低的材料作為柵極絕緣層,可以減少電場對漏極的影響。
    (三)優(yōu)化溝道尺寸
    在FinFET和環(huán)柵器件中,合理設計并優(yōu)化溝道尺寸,可以降低L-BTBT的發(fā)生率。
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