تعديل طول القناة

تعديل طول القناة ( CLM ) هو تأثير يحدث في ترانزستورات تأثير المجال ، حيث يقل طول منطقة القناة المعكوسة مع زيادة جهد المصرف عند تطبيق جهود صرف عالية. ينتج عن تعديل طول القناة زيادة في التيار مع زيادة جهد المصرف وانخفاض في مقاومة الخرج. وهو أحد تأثيرات القناة القصيرة العديدة في تصغير حجم ترانزستورات MOSFET . كما أنه يسبب تشوهًا في مضخمات JFET . ^{[ 1 ]}

لفهم هذا التأثير، يُقدَّم أولًا مفهوم انقطاع القناة. تتشكل القناة نتيجة انجذاب حاملات الشحنة إلى البوابة، ويكون التيار المار عبرها ثابتًا تقريبًا بغض النظر عن جهد المصرف في وضع التشبع. مع ذلك، بالقرب من المصرف، تحدد البوابة والمصرف معًا نمط المجال الكهربائي . فبدلًا من التدفق في قناة، تتدفق حاملات الشحنة بعد نقطة الانقطاع في نمط تحت السطح، وهو أمر ممكن لأن المصرف والبوابة يتحكمان في التيار معًا. في الشكل على اليمين، تُشار إلى القناة بخط متقطع، وتضعف كلما اقتربنا من المصرف، تاركةً فجوة من السيليكون غير المعكوس بين نهاية طبقة الانعكاس المتشكلة والمصرف ( منطقة الانقطاع ).

مع ازدياد جهد المصرف، يمتد تأثيره على التيار باتجاه المصدر، مما يؤدي إلى تمدد المنطقة غير المعكوسة باتجاه المصدر، وبالتالي تقصير طول منطقة القناة، وهي ظاهرة تُعرف بتعديل طول القناة . ولأن المقاومة تتناسب طرديًا مع الطول، فإن تقصير القناة يقلل من مقاومتها، مما يتسبب في زيادة التيار مع زيادة جهد المصرف في ترانزستور MOSFET العامل في حالة التشبع. ويكون هذا التأثير أكثر وضوحًا كلما قصرت المسافة بين المصدر والمصرف، وزاد عمق وصلة المصرف، وزاد سمك طبقة أكسيد العازل.

في منطقة الانعكاس الضعيف، يؤدي تأثير المصرف المماثل لتعديل طول القناة إلى سلوك إيقاف تشغيل الجهاز بشكل أسوأ، وهو ما يُعرف بانخفاض الحاجز الناتج عن المصرف ، وهو انخفاض جهد العتبة الناتج عن المصرف.

في الأجهزة ثنائية القطب ، يُلاحظ ارتفاع مماثل في التيار مع زيادة جهد المُجمِّع نتيجةً لتضييق القاعدة، وهو ما يُعرف بتأثير إيرلي . وقد أدّى التشابه في التأثير على التيار إلى استخدام مصطلح "تأثير إيرلي" في ترانزستورات MOSFET أيضًا، كاسم بديل لـ "تعديل طول القناة".

في الكتب الدراسية، عادةً ما يتم وصف تعديل طول القناة في الوضع النشط باستخدام نموذج شيشمان-هودجز، وهو نموذج دقيق فقط للتقنيات القديمة: ^{[ 2 ]} حيث${\displaystyle I_{\text{D}}}$= تيار التصريف،${\displaystyle K'_{n}}$= معلمة تكنولوجية تسمى أحيانًا معامل التوصيلية ، W، L = عرض وطول MOSFET،${\displaystyle V_{\text{GS}}}$= جهد البوابة إلى المصدر،${\displaystyle V_{\text{th}}}$= جهد العتبة ،${\displaystyle V_{\text{DS}}}$= جهد المصرف إلى المصدر،${\displaystyle V_{\text{DS,sat}}=V_{\text{GS}}-V_{\text{th}}}$وλ = معامل تعديل طول القناة . في نموذج شيشمان-هودجز الكلاسيكي،${\displaystyle V_{\text{th}}}$هو ثابت خاص بالجهاز، ويعكس واقع الترانزستورات ذات القنوات الطويلة.

يعد تعديل طول القناة أمرًا مهمًا لأنه يحدد مقاومة خرج MOSFET ، وهو معلمة مهمة في تصميم الدوائر الخاصة بمرايا التيار والمضخمات .

في نموذج شيشمان-هودجز المستخدم أعلاه، تُعطى مقاومة الخرج على النحو التالي:

$${\displaystyle {\begin{aligned}r_{\text{O}}&={\frac {1+\lambda V_{\text{DS}}}{\lambda I_{\text{D}}}}\\&={\frac {1}{I_{\text{D}}}}\left({\frac {1}{\lambda }}+V_{\text{DS}}\right)\\&={\frac {V_{\text{E}}L/{\Delta L}+V_{\text{DS}}}{I_{\text{D}}}}\end{aligned}}}$$

أين${\displaystyle V_{\text{DS}}}$= جهد المصرف إلى المصدر،${\displaystyle I_{\text{D}}}$= تيار التصريف و${\displaystyle \lambda }$= معامل تعديل طول القناة. بدون تعديل طول القناة (عندما λ = 0)، تكون مقاومة الخرج لانهائية. عادةً ما يُفترض أن يكون معامل تعديل طول القناة متناسبًا عكسيًا مع طول قناة MOSFET، L ، كما هو موضح في الصيغة الأخيرة أعلاه لـ r _O : ^{[ 3 ]}

${\displaystyle \lambda \approx {\frac {\Delta L}{V_{E}L}}}$،

حيث يمثل V_{_E} مُعاملًا مُلائمًا، على الرغم من تشابه مفهومه مع جهد إيرلي لترانزستورات ثنائية القطبية. بالنسبة لعملية تصنيع 65 نانومتر ، فإن V_{_E} ≈ 4 فولت/ميكرومتر تقريبًا . ^{[ 3 ]} (يُستخدم نهج أكثر تفصيلًا في نموذج EKV. ^{[ 4 ]} ). مع ذلك، لا توجد صيغة بسيطة مُستخدمة لحساب λ حتى الآن تُوفر علاقة دقيقة بين الطول أو الجهد لـ r_{_O} في الأجهزة الحديثة، مما يُجبر على استخدام نماذج حاسوبية، كما سنناقش بإيجاز لاحقًا.

يختلف تأثير تعديل طول القناة على مقاومة خرج ترانزستور MOSFET باختلاف الجهاز، وخاصة طول قناته، وكذلك باختلاف جهد الانحياز المُطبق. العامل الرئيسي المؤثر على مقاومة الخرج في ترانزستورات MOSFET الطويلة هو تعديل طول القناة كما ذُكر آنفًا. أما في ترانزستورات MOSFET القصيرة، فتظهر عوامل إضافية مثل: انخفاض حاجز الجهد الناتج عن المصرف (مما يُخفض جهد العتبة، ويزيد التيار، ويُقلل مقاومة الخرج)، وتشبع السرعة (الذي يُحد من زيادة تيار القناة مع جهد المصرف، وبالتالي يزيد مقاومة الخرج)، والنقل الباليستي (الذي يُعدّل تجميع التيار بواسطة المصرف، ويُعدّل انخفاض حاجز الجهد الناتج عن المصرف لزيادة إمداد حاملات الشحنة إلى منطقة القطع، مما يزيد التيار، ويُقلل مقاومة الخرج). ومرة ​​أخرى، تتطلب النتائج الدقيقة استخدام نماذج حاسوبية .

• جهد العتبة
• تأثير القناة القصيرة
• انخفاض الحاجز الناتج عن التصريف
• تشغيل MOSFET
• نموذج باي الهجين
• نماذج الترانزستور

• ما هو تعديل طول القناة؟ - OnMyPhD
• تعديل طول قناة MOSFET - موجز تقني