gidl效應(yīng),柵極誘導(dǎo)漏極泄露電流原因及解決-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2025-02-18
GIDL效應(yīng)，Gate Induced Drain Leakage）柵極誘導(dǎo)漏極泄露電流，產(chǎn)生的主要原因是隧穿電流，特別是縱向帶帶隧穿（L-BTBT）和橫向帶帶隧穿（T-BTBT）。
縱向帶帶隧穿（L-BTBT）：
在亞閾值區(qū)，當(dāng)漏端電壓較大時(shí)，靠近柵極的漏端處會(huì)形成一個(gè)小的耗盡區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生陷阱輔助的載流子，從而引發(fā)柵誘導(dǎo)的漏極泄露電流。當(dāng)電場(chǎng)足夠大時(shí)，甚至可以直接發(fā)生帶間隧穿（T-BTBT）。
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(jié)處的電場(chǎng)會(huì)升高，形成一個(gè)寄生的PN結(jié)二極管。在VDS較大時(shí)，即使柵極電壓較小，溝道處的價(jià)帶也會(huì)超過漏極導(dǎo)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(yīng)更為明顯。
橫向帶帶隧穿（T-BTBT）：
這種隧穿電流在FinFET與環(huán)柵器件中尤為明顯，因?yàn)檫@些器件的溝道尺寸較小，電場(chǎng)集中在溝道與漏結(jié)處，容易導(dǎo)致L-BTBT的發(fā)生。
MOSFET 中引發(fā)靜態(tài)功耗的泄漏電流主要有：源到漏的亞閾泄漏電流，柵泄漏電流，發(fā)生在柵漏交疊區(qū)的柵致漏極泄漏 GIDL 電流，如圖所示。在這些泄漏電流中，在電路中器件處于關(guān)態(tài)或者處于等待狀態(tài)時(shí)，GIDL 電流在泄漏電流中占主導(dǎo)地位。
GIDL隧穿電流
當(dāng)柵漏交疊區(qū)處柵漏電壓 VDG很大時(shí)，交疊區(qū)界面附近硅中電子在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間發(fā)生帶帶隧穿形成電流，我們把這種電流稱之為 GIDL 隧穿電流。隨著柵氧化層越來越薄，GIDL 隧穿電流急劇增加。
GIDL產(chǎn)生電流
漏 pn 結(jié)由于反偏，產(chǎn)生率大于復(fù)合率，在柵控制下，硅和二氧化硅界面處陷阱充當(dāng)產(chǎn)生中心而引發(fā)的一種柵誘導(dǎo)的漏極泄漏電流。
GIDL效應(yīng)對(duì)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(huì)降低源極的勢(shì)壘，導(dǎo)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(guān)，一般NMOS的GIDL會(huì)比PMOS的大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
降低電場(chǎng)強(qiáng)度：通過調(diào)整器件結(jié)構(gòu)或工作條件，減少靠近柵極的漏端處的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而降低隧穿電流的發(fā)生。
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(chǎng)對(duì)漏極的影響。
優(yōu)化溝道尺寸：在FinFET和環(huán)柵器件中，減小溝道尺寸可以降低L-BTBT的發(fā)生率。
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