The devices based on SOI CMOS transistors are characretized by high performance, increased radiation resistance, and the ability to operate at elevated temperatures. However, such devices have a negative effect – a floating body. It significantly affects the parameters of the device, in particular the stability of operation, the mobility of carriers in the channel, the threshold voltage, the leakage current, and leads to the appearance of a parasitic bipolar transistor and a kink effect. In this work, the influence of floating body effects on the characteristics of SOI CMOS transistors is researched for various design options of the device. The SPICE parameters of the device were extracted, based on this a compact model of SOI CMOS transistor was created and its reliability checked. Using the developed model, a compact simulation of SOI CMOS transistor was carried out and regularities of the influence of the channel length and width, as well as the value of floating body potential, on the threshold voltage and the occurrence of the kink effect were determined. It has been established that the parasitic effects of the floating body critically affect the main characteristics of the device. Calculation and experimental studies have shown a significant effect of the geometric parameters of the transistor and the floating body potential on the threshold voltage and the occurrence of the kink effect, which limits the possibility of reducing the size of SOI CMOS VLSI elements.
Микросхемы на основе КНИ КМОП-транзисторов характеризуются высокой производительностью, увеличенной радиационной стойкостью, возможностью работы при повышенных температурах. Однако у таких ИС возникает отрицательный эффект – плавающий карман, существенно влияющий на параметры схемы, в частности на стабильность работы, подвижность носителей в канале, пороговое напряжение, ток утечки, и приводящий к возникновению паразитного биполярного транзистора и кинк-эффекта. В работе исследовано влияние плавающего кармана на характеристики КНИ КМОП-транзисторов с разными геометрическими параметрами. Проведена экстракция Spice-параметров приборов, на основе которых создана компактная модель КНИ КМОП-транзистора и проверена ее достоверность. С помощью разработанной модели выполнено компактное моделирование КНИ КМОП-транзисторов и определены закономерности влияния длины и ширины канала, а также потенциала кармана на пороговое напряжение и возникновение кинк-эффекта. Установлено, что паразитные эффекты плавающего кармана оказывают критическое влияние на основные характеристики КНИ КМОП-транзисторов. Расчетные и экспериментальные исследования показали существенное влияние геометрических параметров транзистора и потенциала плавающего кармана на пороговое напряжение и возникновение кинк-эффекта, что ограничивает возможность уменьшения размеров элементов КНИ КМОП СБИС.