La modulación de la longitud del canal ( CLM ) es un efecto en los transistores de efecto de campo , un acortamiento de la longitud de la región del canal invertido con un aumento en la polarización de drenaje para polarizaciones de drenaje grandes. El resultado de CLM es un aumento de la corriente con polarización de drenaje y una reducción de la resistencia de salida. Es uno de varios efectos de canal corto en el escalado MOSFET . También provoca distorsión en los amplificadores JFET . [1]
Para comprender el efecto, primero se introduce la noción de pellizco del canal. El canal se forma mediante la atracción de portadores hacia la puerta, y la corriente consumida a través del canal es casi constante, independiente del voltaje de drenaje en el modo de saturación. Sin embargo, cerca del drenaje, la compuerta y el drenaje determinan conjuntamente el patrón del campo eléctrico. En lugar de fluir en un canal, más allá del punto de separación los portadores fluyen en un patrón subterráneo que es posible porque tanto el drenaje como la compuerta controlan la corriente. En la figura de la derecha, el canal está indicado por una línea discontinua y se vuelve más débil a medida que se acerca al drenaje, dejando un espacio de silicio no invertido entre el extremo de la capa de inversión formada y el drenaje (la región de pellizco ).
A medida que aumenta el voltaje de drenaje, su control sobre la corriente se extiende más hacia la fuente, por lo que la región no invertida se expande hacia la fuente, acortando la longitud de la región del canal, el efecto llamado modulación de la longitud del canal . Debido a que la resistencia es proporcional a la longitud, acortar el canal disminuye su resistencia, lo que provoca un aumento en la corriente con un aumento en la polarización de drenaje para un MOSFET que opera en saturación. El efecto es más pronunciado cuanto más corta es la separación entre la fuente y el drenaje, cuanto más profunda es la unión del drenaje y más grueso es el aislante de óxido.
En la región de inversión débil, la influencia del drenaje análoga a la modulación de la longitud del canal conduce a un peor comportamiento de apagado del dispositivo conocido como descenso de barrera inducido por el drenaje , una reducción del voltaje umbral inducida por el drenaje.
En los dispositivos bipolares , se observa un aumento similar en la corriente con un aumento del voltaje del colector debido al estrechamiento de la base, conocido como efecto temprano . La similitud en el efecto sobre la corriente ha llevado al uso del término "efecto temprano" también para los MOSFET, como nombre alternativo para "modulación de longitud de canal".
En los libros de texto, la modulación de la longitud del canal en modo activo generalmente se describe utilizando el modelo de Shichman-Hodges, preciso solo para tecnología antigua: [2] donde = corriente de drenaje, = parámetro tecnológico a veces llamado coeficiente de transconductancia, W, L = ancho y largo del MOSFET , = voltaje de puerta a fuente, = voltaje de umbral , = voltaje de drenaje a fuente, y λ = parámetro de modulación de longitud de canal . En el modelo clásico de Shichman-Hodges, es una constante de dispositivo que refleja la realidad de los transistores con canales largos.
La modulación de la longitud del canal es importante porque decide la resistencia de salida del MOSFET , un parámetro importante en el diseño de circuitos de espejos y amplificadores actuales .
En el modelo de Shichman-Hodges utilizado anteriormente, la resistencia de salida viene dada por:
donde = voltaje drenaje-fuente, = corriente de drenaje y = parámetro de modulación de longitud del canal. Sin modulación de longitud de canal (para λ = 0), la resistencia de salida es infinita. El parámetro de modulación de longitud del canal generalmente se considera inversamente proporcional a la longitud del canal MOSFET L , como se muestra en el último formulario anterior para r O : [3]
donde V E es un parámetro de ajuste, aunque es similar en concepto al voltaje inicial para BJT. Para un proceso de 65 nm , aproximadamente VE ≈ 4 V/μm. [3] (En el modelo EKV se utiliza un enfoque más elaborado. [4] ). Sin embargo, ninguna fórmula simple utilizada para λ hasta la fecha proporciona una dependencia precisa de la longitud o el voltaje de r O para los dispositivos modernos, lo que obliga al uso de modelos informáticos, como se analiza brevemente a continuación.
El efecto de la modulación de la longitud del canal sobre la resistencia de salida del MOSFET varía tanto con el dispositivo, particularmente con la longitud del canal, como con la polarización aplicada. El factor principal que afecta la resistencia de salida en MOSFET más largos es la modulación de la longitud del canal, como se acaba de describir. En MOSFET más cortos surgen factores adicionales tales como: reducción de barrera inducida por el drenaje (que reduce el voltaje umbral, aumentando la corriente y disminuyendo la resistencia de salida), saturación de velocidad (que tiende a limitar el aumento en la corriente del canal con el voltaje de drenaje, aumentando así la resistencia de salida) y transporte balístico (que modifica la recolección de corriente por el drenaje y modifica la bajada de la barrera inducida por el drenaje para aumentar el suministro de portadores a la región de pellizco, aumentando la corriente y disminuyendo la resistencia de salida). Una vez más, para obtener resultados precisos se necesitan modelos informáticos .
