1、 MOSFET 的發展方向主要是溝道長度的不斷縮短，目前已的發展方向主要是溝道長度的不斷縮短，目前已經縮短到小于經縮短到小于 0.1 m 。這種發展趨勢可以用。這種發展趨勢可以用 來描述：來描述： MOS 集成電路的集成度每集成電路的集成度每 18 個月翻一番，最小線寬每個月翻一番，最小線寬每 6 年下降年下降一半。目前預測的最小極限尺寸是一半。目前預測的最小極限尺寸是 25 nm，盡管這種對極限尺寸，盡管這種對極限尺寸的預測也在不斷下調。的預測也在不斷下調。 MOSFET 的發展過程，就是在不斷縮短溝道長度的同時，的發展過程，就是在不斷縮短溝道長度的同時，盡量設法消除或削弱短溝道效應的過程。

2、盡量設法消除或削弱短溝道效應的過程。 為了為了消除或削弱短溝道效應，消除或削弱短溝道效應，除了采用一些特殊的結構外，除了采用一些特殊的結構外，在在 VLSI 中，主要采用按比例縮小法則。中，主要采用按比例縮小法則。 設設 K 為縮小因子，為縮小因子，K 1 。恒場按比例縮小法則要求。恒場按比例縮小法則要求jOXOXjGSDSAAGSDS,xTLZLZTxKKKKVVNKNVVKKtpdpd2pdpd3GSDsub,ddlngfKftPtPKKPtP tKVSI mst跨導不變，最高工作頻率延遲功耗功耗延遲乘積亞閾區擺幅不變。這時器件及集成電路的性能發生如下改變：這時器件及集成電路的性能發生如下

3、改變：TDTD,VIVIKKCCK 閾電壓漏極電流總柵電容 (1) 亞閾區擺幅亞閾區擺幅 S 不變會使亞閾電流相對增大，對動態存儲不變會使亞閾電流相對增大，對動態存儲器特別不利。器特別不利。 (2) 某些電壓參數不能按比例縮小，例如某些電壓參數不能按比例縮小，例如 Vbi 和和 2 FB 等。等。 (3) 表面反型層厚度表面反型層厚度 b 不能按比例縮小。可以將反型層看作不能按比例縮小。可以將反型層看作一個極板間距為一個極板間距為 b 且與且與 COX 相串聯的電容，使總的有效柵電容相串聯的電容，使總的有效柵電容偏離反比于偏離反比于 TOX 的關系而逐漸飽和的關系而逐漸飽和( (即即COX值不

4、再增大值不再增大) )。 (5) 電源電壓不能完全按比例縮小。電源電壓不能完全按比例縮小。 (4) 寄生電阻的限制寄生電阻的限制。 AAFPFPiilnlnNKNkTkTqnqn (1) 修正的修正的恒場按比例縮小法則（電壓電流不變）恒場按比例縮小法則（電壓電流不變） (2) (3) 恒亞閾電流縮小法則恒亞閾電流縮小法則 (4) 恒壓按比例縮小法則恒壓按比例縮小法則 123minjOXd,Sd,DLA x Txx偏離長溝道偏離長溝道10為短溝道。為短溝道。 (1) 溝道長度由兩次反型擴散的結深之差決定。可以使溝道溝道長度由兩次反型擴散的結深之差決定。可以使溝道長度制作得又短又精確。長度制作得又

5、短又精確。 (2) 在溝道和漏區之間插入一個在溝道和漏區之間插入一個 N 漂移區，可以消除寄生漂移區，可以消除寄生電容電容 C gd ，提高漏源擊穿電壓，減小溝道長度調制效應，防止，提高漏源擊穿電壓，減小溝道長度調制效應，防止漏源穿通，抑制襯底電流和熱電子效應等。漏源穿通，抑制襯底電流和熱電子效應等。 由于蘭寶石的優良絕緣性而大大減小了源、漏區與由于蘭寶石的優良絕緣性而大大減小了源、漏區與襯底之間的寄生電容，故具有較高的速度。此外，在襯底之間的寄生電容，故具有較高的速度。此外，在 SOS 結構結構中可以腐蝕掉不需要的部分，只剩下中可以腐蝕掉不需要的部分，只剩下 MOSFET 的有源部分，可的有

6、源部分，可在集成電路中實現各在集成電路中實現各 MOSFET 之間的完全電隔離。之間的完全電隔離。 在蘭寶石在蘭寶石 (-Al2O3 ) 襯底上外延生長單晶硅薄膜，在此薄膜襯底上外延生長單晶硅薄膜，在此薄膜上制作的上制作的 MOSFET，稱為，稱為 SOS-MOSFET。 對于深亞微米對于深亞微米 MOSFET，根據按比例縮小法則，根據按比例縮小法則，必須采用必須采用重摻雜襯底和薄柵技術。這樣能帶在表面的彎曲將形成足夠窄重摻雜襯底和薄柵技術。這樣能帶在表面的彎曲將形成足夠窄的勢阱，使反型層中的載流子在界面處的勢阱，使反型層中的載流子在界面處 。計算表明，。計算表明，可以將該現象等效可以將該現象

7、等效為柵氧化層厚度的增加為柵氧化層厚度的增加，從而導致漏極電流的衰退。從而導致漏極電流的衰退。 按比例縮小法則要求按比例縮小法則要求 MOSFET 的柵的柵氧化層厚度隨溝道長度氧化層厚度隨溝道長度的縮短而減薄，以保持柵電極與溝道電荷之間有足夠的的縮短而減薄，以保持柵電極與溝道電荷之間有足夠的耦合。耦合。每一代新的每一代新的 MOSFET 都采用了更薄的柵都采用了更薄的柵氧化層。但是氧化層。但是柵柵氧化層氧化層厚度的減薄將受到下面幾個因素的限制。厚度的減薄將受到下面幾個因素的限制。 首先，當柵首先，當柵氧化層非常薄時，柵極與溝道之間的氧化層非常薄時，柵極與溝道之間的 將顯著增大，導致柵電流的增大

8、和輸入阻抗的下降。將顯著增大，導致柵電流的增大和輸入阻抗的下降。 其次，以下三個因素使其次，以下三個因素使 柵氧化層厚度不能隨柵氧化層厚度不能隨 柵氧柵氧化層厚度的減薄而下降。化層厚度的減薄而下降。 (1) 有一定厚度的表面反型層可等效為一個與有一定厚度的表面反型層可等效為一個與柵氧化層電容柵氧化層電容COX串連的串連的反型層反型層電容，削弱了柵電極對溝道電荷的電容，削弱了柵電極對溝道電荷的耦合作用，耦合作用，相當于增加了相當于增加了有效柵氧化層厚度。有效柵氧化層厚度。 (2) 量子效應使反型層電子濃度的峰值不在表面，而在表面量子效應使反型層電子濃度的峰值不在表面，而在表面以下約以下約 1 n

9、m 處，這也處，這也相當于增加了相當于增加了有效柵氧化層厚度。有效柵氧化層厚度。 (3) MOS 集成電路中都采用硅柵技術。當硅柵中靠集成電路中都采用硅柵技術。當硅柵中靠氧化層氧化層一側的部分多晶硅發生耗盡時，這層耗盡層就起到了絕緣層的一側的部分多晶硅發生耗盡時，這層耗盡層就起到了絕緣層的作用，再次作用，再次增加了增加了有效柵氧化層厚度。有效柵氧化層厚度。 為了避免直接隧穿效應，可以通過為了避免直接隧穿效應，可以通過 的方法來提高柵電容。為了避免的方法來提高柵電容。為了避免多晶多晶硅出現耗盡層的影響，可以采用硅出現耗盡層的影響，可以采用 或或 作作為柵電極材料。為柵電極材料。 在電子的輸運過程中在電子的輸運過程中，如果，如果不能發生足夠的散射，不能發生足夠的散射，就會就會導導致電子被加速到超過飽和致電子被加速到超過飽和漂移漂移速度速度的速度的速度，這種現象稱為，這種現象稱為 。速度過沖效