La modulación de longitud de 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 la CLM es un aumento en 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 de MOSFET . También causa distorsión en los amplificadores JFET . [1]
Para entender el efecto, primero se introduce el concepto de estrangulamiento del canal. El canal se forma por la atracción de portadores hacia la compuerta, y la corriente que pasa por el canal es casi constante e independiente del voltaje del drenador en modo de saturación. Sin embargo, cerca del drenador, la compuerta y el drenador determinan conjuntamente el patrón del campo eléctrico. En lugar de fluir en un canal, más allá del punto de estrangulamiento, los portadores fluyen en un patrón subsuperficial que es posible porque tanto el drenador 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 drenador, dejando un espacio de silicio no invertido entre el extremo de la capa de inversión formada y el drenador (la región de estrangulamiento ).
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 longitud de 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 del drenaje para un MOSFET que opera en saturación. El efecto es más pronunciado cuanto más corta sea la separación entre la fuente y el drenaje, más profunda la unión del drenaje y más grueso el aislante de óxido.
En la región de inversión débil, la influencia del drenaje análogo a la modulación de la longitud del canal conduce a un comportamiento de apagado del dispositivo más deficiente, conocido como reducción de barrera inducida por drenaje , una reducción del voltaje umbral inducida por drenaje.
En los dispositivos bipolares , se observa un aumento similar de la corriente con un aumento de la tensión del colector debido al estrechamiento de la base, conocido como efecto Early . La similitud del efecto sobre la corriente ha llevado al uso del término "efecto Early" también para los MOSFET, como un nombre alternativo para "modulación de longitud de canal".
En los libros de texto, la modulación de la longitud del canal en modo activo suele describirse utilizando el modelo de Shichman-Hodges, preciso solo para la tecnología antigua: [2] donde = corriente de drenaje, = parámetro tecnológico a veces llamado coeficiente de transconductancia, W, L = ancho y largo del MOSFET, = voltaje de compuerta a fuente, = voltaje umbral , = voltaje de drenaje a fuente, , y λ = parámetro de modulación de la longitud del canal . En el modelo clásico de Shichman-Hodges, es una constante del dispositivo, que refleja la realidad de los transistores con canales largos.
La modulación de 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 de corriente .
En el modelo de Shichman-Hodges utilizado anteriormente, la resistencia de salida se expresa como:
donde = voltaje de drenaje a fuente, = corriente de drenaje y = parámetro de modulación de longitud de canal. Sin modulación de longitud de canal (para λ = 0), la resistencia de salida es infinita. El parámetro de modulación de longitud de canal generalmente se considera inversamente proporcional a la longitud del canal MOSFET L , como se muestra en la última forma 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 V E ≈ 4 V/μm. [3] (Se utiliza un enfoque más elaborado en el modelo EKV. [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 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, en particular su longitud de canal, como con la polarización aplicada. El factor principal que afecta la resistencia de salida en los MOSFET más largos es la modulación de la longitud del canal, como se acaba de describir. En los MOSFET más cortos surgen factores adicionales como: la reducción de la barrera inducida por el drenador (que reduce el voltaje de umbral, aumentando la corriente y disminuyendo la resistencia de salida), la saturación de la velocidad (que tiende a limitar el aumento de la corriente del canal con el voltaje del drenador, aumentando así la resistencia de salida) y el transporte balístico (que modifica la recolección de corriente por el drenador y modifica la reducción de la barrera inducida por el drenador para aumentar el suministro de portadores a la región de estrangulamiento, aumentando la corriente y disminuyendo la resistencia de salida). Nuevamente, los resultados precisos requieren modelos de computadora .
