La reducción de barrera inducida por drenaje ( DIBL ) es un efecto de canal corto en los MOSFET que originalmente se refería a una reducción del voltaje umbral del transistor a voltajes de drenaje más altos. En un transistor de efecto de campo planar clásico con un canal largo, el cuello de botella en la formación del canal se produce lo suficientemente lejos del contacto de drenaje como para que esté protegido electrostáticamente del drenaje por la combinación del sustrato y la compuerta, y por lo tanto, clásicamente el voltaje umbral era independiente del voltaje de drenaje. En los dispositivos de canal corto esto ya no es cierto: el drenaje está lo suficientemente cerca como para abrir la compuerta del canal, por lo que un alto voltaje de drenaje puede abrir el cuello de botella y encender el transistor prematuramente.
El origen de la disminución del umbral puede entenderse como una consecuencia de la neutralidad de carga: el modelo de reparto de carga de Yau. [1] La carga combinada en la región de agotamiento del dispositivo y la del canal del dispositivo se equilibra con tres cargas de electrodos: la compuerta, la fuente y el drenador. A medida que aumenta el voltaje del drenador, la región de agotamiento de la unión pn entre el drenador y el cuerpo aumenta de tamaño y se extiende debajo de la compuerta, por lo que el drenador asume una mayor parte de la carga de equilibrar la carga de la región de agotamiento, dejando una carga menor para la compuerta. Como resultado, la carga presente en la compuerta mantiene el equilibrio de carga al atraer más portadores al canal, un efecto equivalente a reducir el voltaje umbral del dispositivo.
En efecto, el canal se vuelve más atractivo para los electrones. En otras palabras, la barrera de energía potencial para los electrones en el canal se reduce. Por ello, se utiliza el término "reducción de la barrera" para describir estos fenómenos. Lamentablemente, no es fácil obtener resultados analíticos precisos utilizando el concepto de reducción de la barrera.
La reducción de la barrera aumenta a medida que se reduce la longitud del canal, incluso con una polarización de drenaje aplicada cero, porque la fuente y el drenaje forman uniones p–n con el cuerpo y, por lo tanto, tienen capas de agotamiento incorporadas asociadas con ellas que se convierten en socios importantes en el equilibrio de carga en longitudes de canal cortas, incluso sin polarización inversa aplicada para aumentar los anchos de agotamiento .
Sin embargo, el término DIBL se ha expandido más allá de la noción de un simple ajuste de umbral y se refiere a una serie de efectos de voltaje de drenaje sobre las curvas MOSFET IV que van más allá de la descripción en términos de simples cambios de voltaje de umbral, como se describe a continuación.
A medida que se reduce la longitud del canal, los efectos de DIBL en la región subumbral (inversión débil) aparecen inicialmente como una simple traducción de la curva de corriente subumbral vs. polarización de la compuerta con el cambio en el voltaje de drenaje, que se puede modelar como un simple cambio en el voltaje umbral con polarización de drenaje. Sin embargo, en longitudes más cortas, la pendiente de la curva de corriente vs. polarización de la compuerta se reduce, es decir, se requiere un cambio mayor en la polarización de la compuerta para producir el mismo cambio en la corriente de drenaje. En longitudes extremadamente cortas, la compuerta no logra apagar el dispositivo. Estos efectos no se pueden modelar como un ajuste de umbral. [2]
La DIBL también afecta la curva de corriente frente a polarización de drenaje en el modo activo , lo que hace que la corriente aumente con la polarización de drenaje, lo que reduce la resistencia de salida del MOSFET. Este aumento se suma al efecto de modulación de la longitud del canal normal en la resistencia de salida y no siempre se puede modelar como un ajuste de umbral.
En la práctica, el DIBL se puede calcular de la siguiente manera:
donde o Vtsat es el voltaje umbral medido a un voltaje de suministro (el voltaje de drenaje alto), y o Vtlin es el voltaje umbral medido a un voltaje de drenaje muy bajo, típicamente 0,05 V o 0,1 V. es el voltaje de suministro (el voltaje de drenaje alto) y es el voltaje de drenaje bajo (para una parte lineal de las características IV del dispositivo). El signo menos al principio de la fórmula asegura un valor DIBL positivo. Esto se debe a que el voltaje umbral de drenaje alto, , es siempre menor que el voltaje umbral de drenaje bajo, . Las unidades típicas de DIBL son mV/V.
DIBL también puede reducir la frecuencia de funcionamiento del dispositivo, como se describe en la siguiente ecuación:
donde es el voltaje de suministro y es el voltaje umbral.
