Silicio estirado (strained silicon)

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Alineación de banda

El silicio estirado sobre una capa amortiguadora de SiGe relajada tiene la alineación de banda de tipo II, lo que significa que las discontinuidades de conducción y de banda de valencia se producen en la misma dirección, como se muestra en la figura 2.7. El desplazamiento de la banda de conducción es útil para confinar electrones a la capa de silicio tensada, pero desafortunadamente el desfase de banda de valencia funciona contra el diseñador pMOSFET de silicio tenso, ya que puede ser enérgicamente favorable para que los orificios ocupen el tampón SiGe bajo condiciones de polarización de puerta negativa baja. La magnitud de las discontinuidades de la banda en función del porcentaje de germanio no es bien conocida, aunque generalmente se acepta que el desplazamiento de la banda de conducción es algo mayor que el de la banda de valencia. Por ejemplo, Maiti et al. Dan el desfase de banda de valencia entre el silicio tenso y Si0.7Ge0.3 como 180meV, mientras que Rieger y Vogl predicen que es tan pequeño como 70meV. Es importante conocer estas cantidades con precisión, ya que tienen un gran impacto en el voltaje de umbral de un dispositivo de silicio forzado.

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Efectos de canal corto

Efectos finales y modulación de longitud de canal

Bajo el modelo de compartición de carga, se supone que la carga de agotamiento inducida en el cuerpo de un MOSFET está equilibrada por cargas iguales pero opuestas en la puerta y las regiones de agotamiento dentro de la fuente y el drenaje. Por lo tanto, la región de agotamiento puede dividirse en tres secciones: una que está equilibrada por la carga de la puerta y dos que están equilibradas por la carga de agotamiento de la fuente y el drenaje (como se muestra en la figura 2.11). Para un dispositivo de canal largo, el efecto de la fuente y el drenaje sobre la carga de agotamiento directamente debajo de la compuerta es insignificante y puede ser ignorado.

A medida que se reduce la longitud del canal, las regiones de agotamiento dentro de la fuente y del drenaje equilibran proporcionalmente más de la carga por debajo de la compuerta. Ahora se requiere una carga de puerta menor para provocar el inicio de la inversión, y el voltaje de umbral se reduce (32) en hasta 200 mV. Este voltaje umbral de roll-off a longitudes de canal corto puede ser combatido por un aumento en la concentración de dopaje corporal en la proximidad de la fuente y el drenaje de los implantes.

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La modulación de longitud de canal (CLM) es una reducción en la longitud efectiva del canal causada por el movimiento del punto de extracción alejado del drenaje cuando Vds se incrementa más allá del punto de saturación. Si bien esto también ocurre en los dispositivos de canal largo, el efecto es sólo perceptible a medida que se reduce la longitud del canal, puesto que la longitud de la región pellizcada se hace significativa en comparación con la separación de la fuente y el drenaje.

Bajada de barrera inducida por drenaje

La reducción de la barrera inducida por drenaje (DIBL) se describe quizás mejor como una reducción en el control de la compuerta sobre la corriente del canal. En los dispositivos cortos, la región de agotamiento de la polarización de drenaje tiene el efecto de disminuir la barrera de potencial en la fuente, con una reducción de la tensión de umbral y un aumento correspondiente de la corriente, incluso cuando el dispositivo está en su estado de apagado. Para dispositivos de canal largo, la barrera de potencial es plana a través de la mayor parte del dispositivo y una inmersión en el extremo de drenaje tiene un impacto insignificante sobre la altura de la barrera en la fuente. DIBL es otro efecto de canal corto que puede aliviarse aumentando la concentración de dopaje en la región de canal.

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Saturación de velocidad

A medida que disminuye la longitud del canal, el campo eléctrico longitudinal (paralelo a la dirección del flujo de corriente) aumenta para un Vds dado. La energía media de la portadora también aumenta, pero hay más interacciones con la red, lo que resulta en una reducción de la movilidad de la portadora. La saturación de velocidad comienza a ocurrir cuando la energía portadora excede la energía óptica longitudinal mínima del fonón. Los transportistas comienzan a perder energía por la emisión de fonones ópticos, que para los agujeros se produce en un campo de ~ 7 × 103Vcm-1 (a 300K). Cuando el campo longitudinal alcanza los ~ 105Vcm-1, los agujeros viajan a su velocidad de saturación (vsat) de aproximadamente 7 × 106cms-1, ya que pierden la energía cinética tan rápido como la ganan del campo. La saturación de electrones se produce en los campos más bajos debido a su movilidad inherentemente mayor, aunque su velocidad de saturación es ligeramente superior. No se espera que la adición de la tensión al silicio altere la velocidad de saturación significativamente.

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En dispositivos cortos con perfiles laterales de dopaje no uniformes (o dispositivos más largos con un campo longitudinal alto), la aproximación gradual del canal ya no puede considerarse válida y la movilidad del portador varía a lo largo del canal. En consecuencia, cuando la movilidad se extrae de las características eléctricas de los dispositivos cortos, es un valor medio a lo largo de la longitud del canal, conocida como la movilidad efectiva.

Sobrecarga de velocidad

En dispositivos muy cortos, los campos laterales altos presentes significan que la suposición de modelos de deriva-difusión, que es que el transporte portador está siempre en equilibrio térmico con la red, se descompone. Esto se debe a que en realidad hay un tiempo de relajación pequeño pero finito atribuido a los portadores que viajan a través de una red cristalina, de manera que en un campo alto es posible que la velocidad del portador supere temporalmente la velocidad de saturación. La velocidad de portadora de pico alcanzada por estos portadores calientes viene aproximadamente dada por la relación v = μ0E, de modo que si se puede mejorar la movilidad de campo lateral baja, μ0, entonces también pueden superar las características de velocidad (figura 2.15).

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Debido a que los campos más altos en un MOSFET se encuentran en las inmediaciones del drenaje, se producirá