第五章復(fù)習(xí) (1)

1、 第第 5 章章 MOSFET 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)基本類型基本類型表面場效應(yīng)表面場效應(yīng)工作原理工作原理費米勢費米勢功函數(shù)功函數(shù)強反型條件強反型條件基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識電子親合能電子親合能VDS對對Qn、QB的影響的影響積累積累耗盡耗盡反型反型強反型強反型弱反型弱反型MOSFET閾值電壓閾值電壓直流特性直流特性小信號特性小信號特性VBS對對Qn、QB的影響的影響電荷分布電荷分布閾值電壓閾值電壓閾值電壓計算公式閾值電壓計算公式功函數(shù)差對能帶的影響功函數(shù)差對能帶的影響氧化層電荷對能帶的影響氧化層電荷對能帶的影響影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素直流特性直流特性薩支唐方程薩支唐方程溝道夾斷溝道夾斷

2、溝長調(diào)制效應(yīng)溝長調(diào)制效應(yīng)遷移率調(diào)制效應(yīng)遷移率調(diào)制效應(yīng)小信號特性小信號特性交流小信號參數(shù)交流小信號參數(shù)交流小信號等效電路交流小信號等效電路漏區(qū)電場靜電反饋效應(yīng)漏區(qū)電場靜電反饋效應(yīng)截止頻率截止頻率提高頻率特性的措施提高頻率特性的措施MOSFET基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點lMOS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l兩兩PN結(jié)結(jié)l導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道SGDSGDN溝道溝道MOSFET基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)MOSFET基本類型基本類型表表6.2.1類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道耗盡型耗盡型( D )增強型增強型( E )耗盡型耗盡型( D )增強型增強型( E )襯底襯底P型型N型型S、D區(qū)區(qū)np溝道載流子溝道載流子電子電子空穴空

3、穴VDS00 )SD ( 0 )閾值電壓閾值電壓VP 0VP 0VT 0SGD-: BBnxQQ由源到漏xbQnQBVBS對耗盡層寬度以及溝道載流子密度的影響對耗盡層寬度以及溝道載流子密度的影響-VDS 0SGD-: BSBBnVxQQ通過改變通過改變QB，而改變，而改變Qn，從而改變，從而改變ID，因此襯底電極又稱為，因此襯底電極又稱為“第二柵極第二柵極” 或或 “背柵背柵”QnQBVBS對耗盡層寬度以及溝道載流子密度的影響對耗盡層寬度以及溝道載流子密度的影響VGS 、VBS對對IDS的控制的比較的控制的比較（A）VGS變化導(dǎo)致半導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷變化導(dǎo)致半導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷QS變化，而變化，而

4、QB基本不變基本不變即即Qn隨隨VGS變化變化（B）VBS變化導(dǎo)致變化導(dǎo)致QS中中Qn和和QB的分配比例變化的分配比例變化-VDS 0SGD-QnQBnBSQQQ閾值電壓閾值電壓柵下半導(dǎo)體表面出現(xiàn)強反型，從而出現(xiàn)導(dǎo)電溝道時所加的柵源柵下半導(dǎo)體表面出現(xiàn)強反型，從而出現(xiàn)導(dǎo)電溝道時所加的柵源電壓電壓l半導(dǎo)體表面建立反型層半導(dǎo)體表面建立反型層l半導(dǎo)體表面建立耗盡層電荷半導(dǎo)體表面建立耗盡層電荷l補償柵氧化層中電荷對半導(dǎo)補償柵氧化層中電荷對半導(dǎo)體表面的影響體表面的影響l抵消金屬半導(dǎo)體之間的功抵消金屬半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差函數(shù)差 平帶電壓平帶電壓功函數(shù)差對能帶的影響功函數(shù)差對能帶的影響金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化

5、物半導(dǎo)體 形成統(tǒng)一的電子系統(tǒng)以前的能帶圖形成統(tǒng)一的電子系統(tǒng)以前的能帶圖半導(dǎo)體ECEiEVEFSEFmmqSq柵金屬電 極SiO2Sq功函數(shù)差對能帶的影響功函數(shù)差對能帶的影響柵金屬電極EFmEFSEiECEV半導(dǎo)體SiO2形成統(tǒng)一的電子系統(tǒng)以后，半導(dǎo)體表面能帶彎曲形成統(tǒng)一的電子系統(tǒng)以后，半導(dǎo)體表面能帶彎曲功函數(shù)差對能帶的影響功函數(shù)差對能帶的影響為了使能帶平直，柵極加補償電壓為了使能帶平直，柵極加補償電壓 ms(6.3.4)ECEiEVEFSEFmmqSqSqmsq柵氧化層中的電荷對能帶的影響柵氧化層中的電荷對能帶的影響ECEiEFEV+-柵金屬電極柵氧化層襯底( (P型) )+柵金屬電極柵氧化層

6、襯底( (P型) )+VG 0ECEiEFEV柵極加補償電壓柵極加補償電壓 后后OXOXQC閾值電壓計算公式閾值電壓計算公式N MOSFET ( P 襯底襯底 )TOXSFBVVVVBOXOXQVC1202BsASQqN V 2sFVln 0AFFiNkTqn0OXOXOXCtOXFBmsOXQVCmsmSmSqqqqq2gsFEqqq閾值電壓計算公式閾值電壓計算公式PMOSFET ( N 襯底襯底 )TOXSFBVVVVBOXOXQVC2sFV0OXOXOXCtln 0DFFiNkTqn 1202BsDSQqN V OXFBmsOXQVCmsmSmSqqqqq2gsFEqqq影響閾值電壓的因

7、素影響閾值電壓的因素一、柵電容一、柵電容COX2OXBTmsFOXOXQQVCC0OXOXOXCt柵氧化層厚度不可太小，一般在柵氧化層厚度不可太小，一般在100nm左右左右:OXTCV OXTOXtV：影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素二、功函數(shù)差二、功函數(shù)差qms電電 極極 材材 料料襯底雜質(zhì)濃度襯底雜質(zhì)濃度(圖圖6.3.4) qms隨襯底雜質(zhì)濃度的變化隨襯底雜質(zhì)濃度的變化1.00.80.60.40.200.20.40.60.81.010141015101610171018N/cm-3qms/eVP+多晶硅多晶硅(N-Si)Au(N-Si)P+多晶硅多晶硅(P-Si)Au(P-Si)Al(

8、N-Si)N+多晶硅多晶硅(N-Si)Al(P-Si)N+多晶硅多晶硅(P-Si)影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素三、襯底雜質(zhì)濃度三、襯底雜質(zhì)濃度1）費米勢：）費米勢：iAFnNqkTlnNMOSFET ( PSi襯底襯底 )lnDFiNkTqn PMOSFET ( NSi襯底襯底 )N |F| 影響較小影響較小 影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素三、襯底雜質(zhì)濃度三、襯底雜質(zhì)濃度2）耗盡層電荷）耗盡層電荷QBmax：210maxmax22FAdABqNxqNQ12maxmax0 22BDdDFQqN xqNNMOSFET ( PSi襯底襯底 )PMOSFET ( NSi襯底襯底 )N :

9、|QBmax| |VT| 10131017 NB/cm-310510.01tox=100nmtox=50nmVT/V影響較大影響較大可采用離子注入工藝調(diào)整閾值電壓可采用離子注入工藝調(diào)整閾值電壓 影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素三、襯底雜質(zhì)濃度三、襯底雜質(zhì)濃度3）ms 影響較小影響較小影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素四、氧化層中的電荷密度四、氧化層中的電荷密度1 氧化層中的電荷氧化層中的電荷多為正電荷多為正電荷氧化層中的電荷氧化層中的電荷 可動電荷可動電荷金屬離子沾污（正電荷）金屬離子沾污（正電荷）+ + + + + + + + + +XXXX+ 固定電荷固定電荷SiSiO2界面處界面處

10、Si離子過剩（正電荷）離子過剩（正電荷）+ +氧化層中的電荷氧化層中的電荷界面陷阱電荷界面陷阱電荷SiSiO2界面處界面態(tài)，俘獲或釋放電子界面處界面態(tài)，俘獲或釋放電子（正電荷（正電荷 或或 負電荷）負電荷）X電離陷阱電荷電離陷阱電荷輻射引起輻射引起 (正電荷正電荷)+影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素四、氧化層中的電荷密度四、氧化層中的電荷密度2、NMOSFET（1） 襯底雜質(zhì)濃度較低時，襯底雜質(zhì)濃度較低時，VT主要由主要由QOX控制（控制控制（控制VT的重要手段）的重要手段）（2） 襯底雜質(zhì)濃度襯底雜質(zhì)濃度NA一定時一定時 Qox : VT (+0 )（3）Qox/q1012 NA1015

11、 VT0 為為DMOSFET（4）Qox/q1011 NA1015 可形成可形成 EMOSFETVT/ V 6 3 0-3-6 1011 1014 101710111012QOX/q1010NA/cm-3圖圖6.3.7(A)影響閾值電壓的因素影響閾值電壓的因素四、氧化層中的電荷密度四、氧化層中的電荷密度3、 PMOSFET（1）襯底雜質(zhì)濃度較低時，）襯底雜質(zhì)濃度較低時，VT主要由主要由QOX控制（控制控制（控制VT的重要手段）的重要手段）（2）襯底雜質(zhì)濃度）襯底雜質(zhì)濃度ND一定時一定時 Qox : VT （3）VT 0，一直為，一直為EMOSFET（4）通過特殊工藝可形成）通過特殊工藝可形成D

12、MOSFET圖圖6.3.7(B) 4、增強型、增強型MOSFET多為多為 P 溝道型溝道型 耗盡型耗盡型MOSFET多為多為 N 溝道型溝道型 （SiO2柵氧化層中的電荷多為正電荷）柵氧化層中的電荷多為正電荷）溝道夾斷溝道夾斷123VDSIDSDSatGSTVVV4NNPSGDGSTVVDSGSTVVV夾斷點夾斷區(qū)薩支唐方程薩支唐方程公式總結(jié)（公式總結(jié)（NMOSFET）212DSGSTDSDSIVV VV線性區(qū)線性區(qū)VDSIDS非飽和區(qū)非飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)DSGSTDSIVVV（6.4.12）（6.4.10）nOXWCL22DSatGSTIVV(6.4.14)（6.4.11）DSatGSTVVV(6.4.15)VDSVDSatVDS VDSatVDS VDSat薩支唐方程薩支唐方程公式總結(jié)公式總結(jié) ( P溝道溝道 )212DSGSTDSDSIVV VV線性區(qū)線性區(qū)VDSIDS非飽和區(qū)非飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)DSGST