在讨论MOS晶体管时，短通道器件中的漏电流元件基本上有六种:
- 反向偏置PN结漏电流
- 阈下的泄漏电流
- 排水诱导的屏障降低
- Vth滚下
- 操作温度的影响
- 隧道进入和通过栅极氧化物泄漏电流
- 由于热载流子从衬底注入到栅氧化层而引起的泄漏电流
- 栅极感应漏极降低(GIDL)引起的漏电流
在继续之前，确保你熟悉的MOS晶体管的基本概念这将为以下信息做好准备。
1.反向偏置PN结漏电流
MOS晶体管中的漏源和衬底结在晶体管运行时是反向偏置的。这导致了器件中的反向偏置泄漏电流。这种泄漏电流可能是由于反向偏压区少数载流子的漂移/扩散和雪崩效应引起的电子-空穴对的产生。pn结反偏漏电流与掺杂浓度和结面积有关。
对于漏极/源极和衬底区域的重掺杂PN结，带对带隧道（BTBT）效应主要主导反向偏置漏电流。在带对带隧道中，电子隧道直接从P区域的价带到N区域的导通带。BTBT对于大于10的电场可见6v / cm。
图1所示。MOS晶体管反向偏置PN结中的带状带隧道。所有图像都使用K.roy等，“深层底型CMOS电路中漏电流机构和泄漏减少技术”;IEEE，第91卷，第2期，2003年2月。
注意，在本文的上下文中，即使当电子的能量小于潜在屏障时，我们也定义隧道现象。
2.阈下的泄漏电流
当栅极电压小于阈值电压Vth)，但如果大于零，则称晶体管在亚阈值或弱反转区域偏置。在弱反演中，少数载流子的浓度很小，但不为零。在这种情况下，对于|V的典型值DS| >为0.1V，整个电压降发生在漏极基片pn结上。
漏极和源之间的电场分量，与Si-SiO平行2接口,很小。由于这个可忽略的电场，漂移电流可以忽略，阈下电流主要由扩散电流组成。
排水诱导的屏障降低（DIBL）
阈下漏电电流主要是由于漏磁障降低或DIBL引起的。在短沟道器件中，漏源耗尽区与源极耗尽区相互作用，降低源极处的势垒。然后，该源能够将载流子注入通道表面，从而产生亚阈值泄漏电流。
DIBL在高漏极电压和短通道器件中很明显。
Vth滚下
MOS器件的阈值电压由于通道长度的减小而降低。这种现象被称为Vth滚压(或阈值电压滚压)。在短信道器件中，漏源耗尽区进一步进入信道长度，耗尽信道的一部分。
因此，需要较小的栅极电压来反向通道，从而降低阈值电压。这种现象在较高的漏极电压时尤为明显。阈值电压的降低增加了阈值下的泄漏电流，因为阈值下的电流与阈值电压成反比。
工作温度的影响
温度还发挥了漏电流的一部分。阈值电压随温度升高而降低。或者，换句话说，亚阈值电流随着温度的增加而增加。
3.隧道进入并通过栅极氧化物漏电流
在短通道器件中，一个薄栅极氧化物在SiO中产生高电场2层。低氧化物厚度与高电场导致电子隧穿从衬底到栅，并从栅通过栅氧化物到衬底，导致栅氧化物隧穿电流。
考虑如图所示的能带图。
图2。MOS晶体管的能带图(一)平坦的乐队,(b)正栅极电压，和(c)负栅极电压
第一图，图2（a）是平坦带MOS晶体管，即，在其中没有充电的情况下。
当栅极端为正偏置时，能带图的变化如图2(b)所示。在强反表面的电子隧道进入或通过SiO2产生栅极电流的层。
另一方面，当施加负栅极电压时，来自N +多晶硅栅极隧道的电子进入或通过SIO2层导致栅极电流，如图2（c）所示。
Fowler-Nordheim隧道和直接隧道
在栅极和衬底之间主要有两种隧道机制。它们是:
- 福勒-诺德海姆隧穿，即电子隧穿三角形势垒
- 直接隧道，电子隧道通过梯形潜在屏障
图3。能带图显示(一)Fowler-Nordheim隧穿氧化物的三角形势垒(b)通过氧化物的梯形势垒的直接隧穿
你可以在上面的图3(a)和图3(b)中看到隧道机制的能带图。
4.由于热载体从衬底喷射到栅极而导致的漏电流
在短沟道装置中，衬底氧化物界面附近的高电场通电电子或孔，并且它们通过衬底氧化物界面进入氧化物层。这种现象称为热载体注射。
图4。描述电子在高电场作用下获得足够能量并跨越氧化物势垒的能带图(热载流子注入效应)
这种现象更可能影响电子而不是孔。这是因为与孔相比，电子具有较小的有效质量和较小的阻挡高度。
5.由于栅极诱导的排水管降低（GID1）引起的漏电流
考虑具有p型衬底的NMOS晶体管。当栅极端子处存在负电压时，正电荷在氧化物衬底界面处累积。由于基板处的累积孔，表面表现为比基材更重掺杂的p区。
这导致沿漏基界面的表面出现更薄的耗尽区域(与体中耗尽区域的厚度相比)。
图5。(一)沿表面和基底的排水界面形成薄的耗尽区(b)雪崩效应和BTBT产生的载流子产生的GIDL电流流动
由于较薄的耗尽区和较高的电场，雪崩效应和带对带隧穿(如本文第一节所讨论)发生。因此，在栅极下方的漏极区产生少数载流子，并被负栅极电压推入衬底。这增加了泄漏电流。
6.穿透效应引起的漏电流
在短通道器件中，由于漏端和源端很接近，两个终端的耗尽区域汇合在一起并最终合并。在这种情况下，据说发生了“穿孔”。
穿过效果降低了来自源大多数载体的潜在屏障。这增加了进入基板的载体的数量。这些载体中的一些由排水沟收集，其余有助于漏电流。
您现在应该熟悉与MOS晶体管相关的六种泄漏电流。如果你对这些概念还有其他问题，请在下面留言。
