晶體管原理-C32

1、半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit 表面態(tài)密度大大降低。 2. FET按結構和工藝特點來劃分按結構和工藝特點來劃分 1) 結型柵場效應晶體管(JFET) 2) 肖特基勢壘柵場效應晶體管(MESFET) 3) 絕緣柵場效應晶體管(IGFET) 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit 2) 功耗小; 3) 噪聲系數小; 4) 溫度穩(wěn)定性好; 5) 抗輻射能力強 第四章第四章 場效應晶體管場效應晶體管 -引 言 4. JFET和和MESFET 半導體器件

2、原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit 分立器件 中有的溝道電流是垂直方向流動的,稱為縱向MOSFET。 第四章第四章 場效應晶體管場效應晶體管 -1.MOSFET的基本特性 (2)AB段: 過渡區(qū)過渡區(qū),溝道壓降影響溝 道電阻 (3)BC段: 飽和區(qū)飽和區(qū),VDSVDsat,之后溝道有效 長度隨VDS增大而縮短,稱為有效溝道長度有效溝道長度 調變效應調變效應. (4)CD段: 擊穿區(qū)擊穿區(qū),VDSBVDS 非非 飽飽 和和 區(qū)區(qū) 4)MOSFET類型類型 * N溝道增強型、耗盡型, P溝道增強型、 耗盡型 半導體器件原理 2009

3、.06.22Institute of Microelectronics Circuit 柵氧化層內有效電荷面密度為零; 柵氧化層與半導體界面處不存在界面態(tài)。 第四章第四章 場效應晶體管場效應晶體管 -1.MOSFET的基本特性 (2)(2)理想理想MOSMOS結構結構 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit 倒/負管跨導不同,圖形尺寸大小不同; 倒相管導通時負載管也導通,電路中流過較大電流. v設想設想: 如果使電路在導通和截止時均能使倒相管與負載管中的一個導通另一 個截止，就能減小靜態(tài)功耗；同時若跨導都很大，等效電阻小，

4、便能縮短充放 電時間，提高開關速度。這便是- TBDDml VVg ml LTBDD ml D g RVV g I 2 2 22 2 1 2 1 TBDDTBDDDD VVVVVI TBDD mD ml ononmDD VV g g VVgI 2 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit 兩管跨導均可較大,使導通等效電阻小些,以縮短開 關時間,并使總功耗很小。 v負載管n襯底接高電位倒相管p襯底接低電 位,兩襯底之間反偏,自動隔離。 vVGS=0,倒相器處于截止態(tài)。 VGS0,倒相器處于導通態(tài)。 半導體器件原理 2009.0

5、6.22Institute of Microelectronics Circuit (2)亞閾電流一直隨VDS增加而增加,VT減小; (3)VGS對IDsub控制能力變弱，使MOSFET難以截止。 2）體內體內DIBL效應效應 VGSVFB，VDS不太大，源漏區(qū)間勢壘高度表面的高于 體內,電子從源區(qū)注入溝道及在溝道內流動都發(fā)生在體內,形成穿通電流。 v以n-MOSFET為例：長溝道的VDS全降 在漏結上。 v短溝道時，源于漏的電力線將有一部 分貫穿溝道區(qū)終止于源區(qū)，使源漏區(qū)間 的勢壘高度降低，稱為漏誘生勢壘降低漏誘生勢壘降低 效應（效應（DIBL）。 半導體器件原理 2009.06.22Ins

6、titute of Microelectronics Circuit (2)外加襯底偏壓。 v問題問題：穿通電流受VGS控制弱；VDS很大時將導致穿通擊穿。 v熱載流子：熱載流子：能量比費米能級大幾個 kT 以上的載流子 (1)橫向電場Ey足夠大時, 溝道電子在縱 向電場作用下注入到柵氧化層中;A (3)耗盡區(qū)內熱激發(fā)產生電子-空穴對;C (2)漏區(qū)附近強電場Ey使高能電子碰撞電 離產生電子-空穴對; B 短溝道MOSFET中產生IG的原因 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit (2)跨導gm下降; (3)亞閾電流IDs

7、ub增大。 (1)雙擴散D-MOSFT; (2)采用偏置柵結構; (3)埋溝結構。 v產生溝道熱電子的原因是漏區(qū)附近極高的橫向電場的存在。抑制熱產生溝道熱電子的原因是漏區(qū)附近極高的橫向電場的存在。抑制熱 電子效應的措施電子效應的措施: v 溝道長度越短,熱電子效應越嚴重。 v IG的出現表征著熱電子效應的存在,且IG的大小可用來衡量熱電子效 應的大小。 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit 溝道溝道橫向電場強度不變橫向電場強度不變; 耗盡區(qū)內電荷面密度不變耗盡區(qū)內電荷面密度不變; 第四章第四章 場效應晶體管場效應晶體管

8、-3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 閾電壓閾電壓 VT=VT/K; 最高工作頻率最高工作頻率 fT=KfT; 功耗功耗 縮小縮小1/K2; 門延遲門延遲 縮小縮小1/K; v優(yōu)點優(yōu)點:面積小面積小、速度快速度快、功耗低功耗低。 跨導不變跨導不變; 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System -41- vMEMS技術技術 第四章第四章 場效應晶體管場效應晶體管 -3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 21世紀微電子的核心技術：系統(tǒng)級芯片（SOC） MEMS概念 ： MEMS(Micro-el

9、ectro-mechanical systems) 即微電即微電 子機械系統(tǒng)子機械系統(tǒng) 是微電子技術與機械、光學等領域的結合，是微型SOC系統(tǒng)。 與其它MEMS的通信/接口(光 /電/磁) 力 光 聲 溫度 化學 其它 傳 感 器 執(zhí) 行 器 運動 能量 信息 其它 模擬信 號處理 數字信 號處理 模擬信 號處理 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System -42- 第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管 -3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 MEMS技術的特點：3個M概括，即小尺寸（小尺寸（m

10、iniaturization）、多）、多 樣化樣化(multiplicity)、微電子、微電子(microelectronics) (1) 光學領域光學領域 MEMS在光技術領域中的應用較廣泛，已經形成MEMS技術中的 一個重要分支技術即微光機電系統(tǒng)（MOEMS: micro-opto- electro-mechanical systems）； MEMS技術與不同的技術相結合，便會產生一種新型的MEMS器件。 (2) 運輸與航空航天運輸與航空航天 大量MEMS傳感器的使用可以實現汽車的智能駕駛及無人 駕駛。在航天方面，運用MEMS技術的微衛(wèi)星和納米衛(wèi)星的研制應運而生； (3) 科學儀器科學儀器

11、 具有智能化、多功能化、高靈敏度優(yōu)勢的MEMS技術，給科學儀 器帶來巨大的變革，產生了各種微小型MEMS專用儀器； 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System -43- (4) RF MEMS器件器件：利用MEMS技術制作的射頻器件，可以提高器件 功率效率，與傳統(tǒng)的IC技術兼容，使得單片集成成為可能，并且 具有體積小、重量輕、成本低、性能優(yōu)越等優(yōu)點. 第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管 -3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 vRF MEMS開關與現有的半導體FET或PIN 二極管開關相比，其

12、優(yōu)點是 ： （1）減少了開關動作中的電阻損耗，功耗功耗 僅為納焦耳數量級僅為納焦耳數量級； （2）有很高的隔離度很高的隔離度； （3）改善了開關的互調失真和開關的負載互調失真和開關的負載 能力；能力； （4）RF MEMS開關可以做在多種襯底上可以做在多種襯底上。 半導體器件原理 2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System -44- 第三章第三章 雙極結型晶體管雙極結型晶體管 -3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 概念概念 ：生物芯片（Biochip）-計算機芯片。由于最初的生物芯片的 主要目標是用于DNA序列的測定、基因表達譜鑒定和基因突變的檢測 和分析，所以又被稱為基因芯片（Genechip）或DNA芯片 由來由來-今后醫(yī)療手段的發(fā)展方向，將由現在的治療醫(yī)療向將來的預 防醫(yī)療轉變，同時實現早期發(fā)現、早期診斷和早期治療。 3. 生物芯片技術生物芯片技術 芯片分析實際上也是傳感器分析的組合傳感器分析的組合。 半導體器件原理 2009.06.22Institu