微電子器件(4-4)

1、 本節(jié)以前的漏極電流公式只適用于本節(jié)以前的漏極電流公式只適用于 VGS VT ，并假設(shè)當(dāng)，并假設(shè)當(dāng) VGS VT 時(shí)時(shí) ID = = 0 。但實(shí)際上當(dāng)。但實(shí)際上當(dāng) VGS VT 時(shí)，時(shí)，MOSFET 仍能仍能微弱導(dǎo)電，這稱為微弱導(dǎo)電，這稱為 。這時(shí)的漏極電流稱為。這時(shí)的漏極電流稱為，記為，記為 。 使硅表面處于本征狀態(tài)的使硅表面處于本征狀態(tài)的 VGS 稱為稱為 ，記為，記為 。當(dāng)。當(dāng) VGS = = Vi 時(shí)，表面勢(shì)時(shí)，表面勢(shì) S = = FB，能帶彎曲量為，能帶彎曲量為 q FB，表面，表面處于處于 。 當(dāng)當(dāng) Vi VGS VT 時(shí)，時(shí)， FB S 2 FB，表面處于，表面處于 ，反型層中的

2、少子（電子）濃度介于本征載流子濃度與襯底平衡反型層中的少子（電子）濃度介于本征載流子濃度與襯底平衡多子濃度之間。多子濃度之間。 在亞閾區(qū)，表面弱反型層中的電子濃度較小，所以漂移電在亞閾區(qū)，表面弱反型層中的電子濃度較小，所以漂移電流很小；但電子濃度的梯度卻很大，所以擴(kuò)散電流較大。因此流很小；但電子濃度的梯度卻很大，所以擴(kuò)散電流較大。因此在計(jì)算在計(jì)算 IDsub 時(shí)只考慮擴(kuò)散電流而忽略漂移電流。時(shí)只考慮擴(kuò)散電流而忽略漂移電流。ynqDJddnDsubynZbqDIddnDsub式中，式中，SDSSp0p0(0)exp,( )expqVqnnn LnkTkTLLnnZbqD)()0(n kTqNnF

3、PAp02exp 設(shè)溝道上下的縱向電勢(shì)差為設(shè)溝道上下的縱向電勢(shì)差為 ( kT/ /q ) ，則溝道厚度，則溝道厚度 b 可表為可表為xqEkTb 根據(jù)高斯定理，根據(jù)高斯定理，1122A SSAAAsssADS22()xqNQqNEqNqNC 于是可得溝道厚度為于是可得溝道厚度為ASD)(qNCqkTb 式中式中 CD 為溝道耗盡區(qū)的單位面積為溝道耗盡區(qū)的單位面積 電容，電容，21SAsSD2)(qNC 將將 n(0)、n(L) 和和 b 代入代入 中，得中，得 kTqVkTqnqNCqkTqDLZIDSS0pASDnDsubexp1exp)(2SDSFPnDS2()expexp1 expqqV

4、qZkTCLqkTkTkT 表面勢(shì)表面勢(shì) S 與柵源電壓與柵源電壓 VGS 之間的關(guān)系可表為之間的關(guān)系可表為nVVCCVVTGSFP1OXSDTGSFPS2)(12式中，式中，OXSD)(1CCnDsubn(0)( )nn LIZbqDL 由于由于 FB S 2 FB ，CD( S ) 中的中的 S 可取為可取為 1.5 FB 。 于是得到亞閾電流的表達(dá)式為于是得到亞閾電流的表達(dá)式為kTqVnVVkTqqkTCLZIDSTGS2SDnDsubexp1exp)( IDsub 與與 VGS 之間為指數(shù)關(guān)系，當(dāng)之間為指數(shù)關(guān)系，當(dāng) VGS = = VT 時(shí)時(shí) IDsub 0； 當(dāng)當(dāng) VDS = = 0

5、 時(shí)時(shí) IDsub = = 0；當(dāng)；當(dāng) VDS 較小時(shí)，較小時(shí)，IDsub 隨隨 VDS 的增大而的增大而增大；但是當(dāng)增大；但是當(dāng) 后，后，IDsub 變得與變得與 VDS 無(wú)關(guān)，即無(wú)關(guān)，即 IDsub 對(duì)對(duì) VDS 而言會(huì)發(fā)生飽和。而言會(huì)發(fā)生飽和。qkTVDS kTqVnVVkTqqkTCLZIDSTGS2SDnDsubexp1exp)(ASD,)(NC即OXOX,TC即 亞閾區(qū)的轉(zhuǎn)移特性斜率的倒數(shù)稱為亞閾區(qū)的轉(zhuǎn)移特性斜率的倒數(shù)稱為亞閾區(qū)柵源電壓亞閾區(qū)柵源電壓擺幅，記為擺幅，記為 S ，即，即qkTCCqnkTIVSOXSDDsubGS)(1)(lndd S 的意義：使的意義：使 IDsub

6、 擴(kuò)大擴(kuò)大 e 倍所需的倍所需的 VGS 的增量。的增量。 對(duì)于作為開(kāi)關(guān)管使用的對(duì)于作為開(kāi)關(guān)管使用的 MOSFET，要求，要求 S 的值要盡量小。的值要盡量小。減小減小 S 的措施是的措施是 2Dsat1GS1T2IVV 將測(cè)量獲得的將測(cè)量獲得的 VGS1、IDsat1、VGS2 和和 IDsat2 作為已知數(shù)，通過(guò)作為已知數(shù)，通過(guò)求解上述聯(lián)立方程，可解出求解上述聯(lián)立方程，可解出 和和 VT 。2Dsat2GS2T2IVV 由由 可知可知 ， 與與 為線性關(guān)系。為線性關(guān)系。測(cè)量測(cè)量 MOSFET 在飽和區(qū)的在飽和區(qū)的 關(guān)系并繪成直線，其在關(guān)系并繪成直線，其在橫軸上的截距即為橫軸上的截距即為 VT ，如下圖所示，如下圖所示，2TGSsatD2VVIDsatIGSVDsatI1DsatI2DsatIGSV2GSV1GSVTV2斜率0DsatGSIVDsatGSIV 但此法的誤差較大，特別是對(duì)但此法的誤差較大，特別是對(duì) 值不同而其它方面全部相值不同而其它方面全部相同的同的 MOSFET 會(huì)測(cè)出不同的會(huì)測(cè)出不同的 VT 值。值。 類似于測(cè)量類似于測(cè)量 PN 結(jié)的正向?qū)妷航Y(jié)的正向?qū)妷?VF 或擊穿電壓或擊穿電壓 VB ，將，將漏極電流達(dá)到某一規(guī)定值漏極電流達(dá)到某一規(guī)定