CMOS体效应(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Body Effect)指的是MOS管中的电子和空穴在体结构下的反应,它是由于加在MOS管栅极上的电场,使得在栅极下方的半导体材料中,电子与空穴被迫向着互相移动,而形成的一种横向电压。
CMOS体效应的表现主要是型面效应,即在反型材料中建立了一个强电场,导致其下方的衬底区的耗尽层范围加宽,从而使得场效应晶体管的阈值电压发生变化,CMOS体效应会导致晶体管的阈值电压出现负偏移,增大开关失效的风险。
同时,CMOS体效应还在很多电路中被视为一个有用的特性。例如,在加速度计等传感器中,利用体效应实现零点漂移的补偿,提高传感器精度。
CMOS体效应的影响因素主要有衬底掺杂浓度、衬底面积、衬底电压等因素。在晶体管制造过程中对于器件的衬底掺杂浓度、衬底面积和衬底电压的控制可以影响CMOS体效应的大小。
当衬底掺杂浓度越低时,也就是导电型材料中杂质浓度越低的时候,晶体管的CMOS体效应就越大。所以在芯片制造过程中,通常都会采用高掺杂浓度的衬底。
同时,衬底面积和衬底电压也会影响CMOS体效应的大小。衬底电压与沟道电压之间的差异越大,晶体管的CMOS体效应就越大。在芯片设计中,一般可以通过调整衬底极电压的大小,来控制晶体管的CMOS体效应。
为了降低CMOS体效应的影响,有以下几种方式:
1、采用高掺杂浓度的衬底。
2、通过器件结构设计和工艺优化来减小衬底掺杂对CMOS体效应的影响。如在器件的衬底和沟道之间加入特定的介质层以减小或消除CMOS体效应。
3、通过设计适当的偏置电路,增大电路的偏置点,使得负偏移量被抵消。
4、采用厚氧化层等加工方法,减小晶体管的通道长度,以减小CMOS体效应的影响。