半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

1、半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 第1頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices場(chǎng)效應(yīng)晶體管，利用改變垂直于導(dǎo)電溝道的電場(chǎng)控制溝道的導(dǎo)電能力，并實(shí)現(xiàn)放大作用第2頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devic

2、es場(chǎng)效應(yīng)晶體管管的工作電流由導(dǎo)體中單種多數(shù)載流子輸運(yùn)，因此又稱為 單極型晶體管 ( Unipolar Transistor )第3頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices按結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般可分成三類(lèi)：第一類(lèi)是表面場(chǎng)效應(yīng)管，通常采取絕緣柵的形式，稱為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 ( IGFET )。 第4頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 M

3、etal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices若半導(dǎo)體襯底與金屬柵間的絕緣介質(zhì)層是 Si02 ，即 “ 金屬-氧化物-半導(dǎo)體 ” ( MOS ) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它是最重要的一種絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管；第5頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第二類(lèi)是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 (

4、 JFET )，一種采用 pn 結(jié)勢(shì)壘控制器件導(dǎo)電能力的場(chǎng)效應(yīng)晶體管; 第6頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesN 型襯底 P型柵區(qū) P 型柵區(qū) 柵極 柵極 源極 漏極 耗盡區(qū)耗盡區(qū)第7頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundament

5、al of Semiconductor Devices第三類(lèi)是薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管( TFT )，結(jié)構(gòu)及原理與IGFET 相似。TFT 采用蒸發(fā)工藝將半導(dǎo)體、絕緣體和金屬薄膜蒸發(fā)在絕緣襯底上構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第8頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices效應(yīng)晶體管與雙極型晶體管相比有下述優(yōu)點(diǎn)：(1) 輸入阻抗高達(dá) 10 9一10 15 (2) 噪聲系數(shù)小第9頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月

6、20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (3) 功耗小可制造高集成度半導(dǎo)體的集成電路； (4) 溫度穩(wěn)定性好 多子器件，電學(xué)參數(shù)不隨溫度變化； (5) 抗輻射能力強(qiáng)等。第10頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Dev

7、icesMOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)Structure of MOSFETMOS 場(chǎng)效應(yīng)管的襯底材料可以是 n 型半導(dǎo)體也可以是 p 型半導(dǎo)體。第11頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices p 型襯底制成的器件，漏 - 源區(qū)是 n 型，稱 n 溝 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管。 n 型襯底材料制成的器 件，漏 - 源區(qū)是 p 型， 稱 p 溝 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管；第12頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5

8、月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices p 溝 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的工藝流程如下：第13頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices （1） 一次氧化：取電阻率為5 - 10 cm 的 n 型硅，按 ( 100

9、 ) 面進(jìn)行切割、研磨、 拋光、清洗然后用熱氧化法生長(zhǎng)一層 5000 以上的一次氧化層，如圖 （a）；第14頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices（2） 漏 - 源擴(kuò)散：將一次氧化后的片子進(jìn)行光刻，刻出漏 - 源區(qū)后進(jìn)行硼擴(kuò)散，形成兩個(gè) p + 區(qū)，分別稱為源 ( S ) 區(qū) 和漏 ( D ) 區(qū)，如圖（ b ）；第15頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Ch

10、apter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices ( 3 ) 光刻?hào)艆^(qū)：刻去硅片上源和漏之間的氧化層，留出柵區(qū)，如圖（ c ）；第16頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices ( 4 ) 柵氧化： 在干氧氣氛中生長(zhǎng)厚度1500 2000 的優(yōu)質(zhì)氧化

11、層。這是制作 MOS 管最關(guān)鍵的一項(xiàng)工藝，柵氧化后的結(jié)構(gòu)如圖 （ d ）：第17頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices ( 5 ) 光刻引線孔、蒸鋁、反刻、合金化，如圖（e） 及（f）；上述步驟總共用了四次光刻、一次擴(kuò)級(jí)、一次蒸發(fā)第18頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Eff

12、ect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices采用 p 型襯底材料，制作 n 溝 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管，工藝流程與制作 p 溝管基本相同。第19頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第20頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field E

13、ffect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesN 型襯底 P 型源區(qū) P 型漏區(qū) 第21頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 溝 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的示意 第22頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Tr

14、ansistorsFundamental of Semiconductor DevicesM0S 場(chǎng)效應(yīng)管的類(lèi)型Classification of MOSFET p 溝增強(qiáng)型襯底材料為 n 型源區(qū)和漏區(qū)均為 p+ 型導(dǎo)電溝道為 p 型第23頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 柵極電壓為零時(shí)， n 型半導(dǎo)體表面由于 Si-Si02 界面正電荷的作用而處于積累狀態(tài)，不存在導(dǎo)電溝道。第

15、24頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 柵極施加一定負(fù)偏壓，且達(dá)到 UT 值時(shí)，才形成 p 型溝道。柵極負(fù)偏壓增大，溝通導(dǎo)電能力隨之增強(qiáng)，因此稱為 p 溝增強(qiáng)型管。第25頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of S

16、emiconductor DevicesP 溝耗盡型如果 p 溝 MOS 管柵極電壓 UGS 0 時(shí)已經(jīng)存在 p 型導(dǎo)電溝道，原始反型溝道因 n 型半導(dǎo)體表面耗盡而形成，所以稱為 p 溝耗盡型 管。第26頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices UGS 等于 UP 時(shí)，表面導(dǎo)電溝道消失，通常稱 UP 為夾斷電壓或截止電壓，顯然，UP 0。 第27頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，

17、17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices p 溝增強(qiáng)型管的開(kāi)啟電壓 (負(fù)值) 和 p 溝耗盡型管的夾斷電壓 (正值) 統(tǒng)稱為閾值電壓。第28頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesn 型 Si ( B )p+p+p+

18、p+p 溝增強(qiáng)型p 溝耗盡型SDGBSDGBS G DS G D第29頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 溝增強(qiáng)型襯底材料為 p 型源區(qū)和漏區(qū)均為 n+ 型導(dǎo)電溝道為 n 型第30頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundament

19、al of Semiconductor Devices柵極電壓為零時(shí)，由于氧化層中正電荷的作用，半導(dǎo)體表面耗盡但未形成導(dǎo)電溝道。 UGS UT 時(shí)表面強(qiáng)反型，形成 n 型溝道。第31頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices此時(shí)加在柵極上的電壓 UT 即 n 溝增強(qiáng)型 MOS 管的開(kāi)啟電壓，UT 0。 第32頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4

20、Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 溝耗盡型如 p 型襯底濃度較低氧化層中正電荷密度較大柵下硅表面可能在 UGS 0 時(shí)就已滿足強(qiáng)反型條件，并形成 n 型導(dǎo)電溝導(dǎo)。第33頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices這種 MOS 管稱為 n 溝道耗盡型

21、 場(chǎng)效應(yīng)管。柵電極如施加負(fù)壓，抵消氧化層中正電荷的作用,表面能帶下彎程度減小，可從強(qiáng)反型轉(zhuǎn)為反型，甚至為耗盡。第34頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices同樣定義使原始 n 型表面溝道消失所需的柵極電壓為夾斷電壓 UP 。 不過(guò) n 溝耗盡型 MOS 管的 UP 是負(fù)值。第35頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Se

22、miconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices UT 與 UP 統(tǒng)稱為 n 溝管的閾值電壓。圖示分別為 n 溝 MOS 管的示意圖和電路符號(hào)。第36頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 型 Si ( B )n+n+n+n+n 溝增強(qiáng)型n 溝耗盡型S G DS G DSDGBSDGB第

23、37頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices如在 n 型襯底材料上不僅制作 p 溝 MOS 管，而且同時(shí)制作 n 溝 MOS 管( n 溝 MOS 管制作在 p 阱內(nèi) )，就構(gòu)成了所謂的CMOS（ Compensatory MOS ）。第38頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field E

24、ffect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesCMOS 的結(jié)構(gòu)示意p 型 Si ( B ) n nnp pGGSSDDUCCUinUoutGndn - MOSp - MOS第39頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesCMOS 的符號(hào)圖UCCUinUoutGnd第40頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二

25、Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesCMOS 工藝CMOS Technology n 阱 CMOS 主要制造步驟第41頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 1, 注入和擴(kuò)散 N 阱 p - Substratephotoresis

26、tphotoresistSiO2n Well implant第42頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices2，淀積薄二氧化硅和氮化硅 定義場(chǎng)氧化和柵區(qū) Si3N4SiO2p - Substraten Well第43頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transist

27、orsFundamental of Semiconductor Devices3， n 型場(chǎng)（溝道終止）注入 增加厚氧化 MOS 器件的有效閾值電壓 | UTH | (實(shí)際增強(qiáng)型)Pad SiO2p - Substraten - WellSi3N4Si3N4Photo-resistPhoto-resistn field implant第44頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices4，

28、p 型場(chǎng)（溝道終止）注入 增加厚氧化 MOS 器件的有效閾值電壓 p field implantPhoto-resistp - Substraten - WellSi3N4Si3N4第45頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices5, 生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層 p - Substraten - WellSi3N4Si3N4FOX第46頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Cha

29、pter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices6，生長(zhǎng)薄氧化層及淀積多晶硅 p - Substraten - WellFOXPolysilicon第47頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices7，去除多晶硅并形成漏輕摻雜（LDD）間距 p - Su

30、bstraten - WellFOXSiO2 SpacerPolysilicon第48頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices8，N 溝 MOS 的漏、源注入和 n 型材料的接觸區(qū) Photo-resistn+ S/D implantp - Substraten - WellFOX第49頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxid

31、e-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices9，去除間距進(jìn)行 N 溝 MOS 的輕摻雜漏注入 n S /D LDD implantPhoto-resistp - Substraten - WellFOX第50頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices10，P 溝 MOS 的漏、源注

32、入Photo-resistp - Substraten - WellFOXp S /D LDD implant第51頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices11，去除光刻膠構(gòu)成的 MOS 器件PolysiliconSiO2p - Substraten - WellFOX第52頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semi

33、conductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices12，進(jìn)行退火處理激活注入離子 n Diffusionp DiffusionPolysiliconp - Substraten - WellFOX第53頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices13，淀積厚氧化層（BPSG Borophosphosi

34、licate glass） BPSGp - Substraten - WellFOX第54頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices14，開(kāi)出接觸窗孔，淀積第一層金屬并且腐蝕掉不需要的金屬 Metal 1p - Substraten - WellFOX第55頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor

35、Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices15，淀積中間介質(zhì)（ CVD SiO2 ），開(kāi)出過(guò)孔，淀積第二層金屬 Metal 2CVD SiO2p - Substraten - WellFOX第56頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp - Substraten - WellFOX16，腐蝕掉不需要的金屬，

36、淀積鈍化層并開(kāi)出壓焊區(qū)窗孔 Passivation protection layer第57頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第58頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices

37、MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的特征Characteristics of MOSFET各種 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管都有如下共同特征：第59頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (1) 雙邊對(duì)稱 電學(xué)性質(zhì)上 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的源和漏可以相互交換，器件特性不受影響； (2)單極性 MOS 晶體管中只有一種類(lèi)型的載流子參與導(dǎo)電；第60頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter

38、 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (3) 輸入阻抗高 柵-源及柵-漏之間不存在電流通道，輸入阻抗非常高。通常直流輸入阻抗可大于 10 14 。第61頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (4) 電壓控制 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制的器

39、件，與高輸入阻抗特性一起考慮時(shí)，則為一種輸入功率非常低的器件。第62頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (5) 自隔離MOS 晶體管的漏或源由于是背靠背的二極管，自然地與其他晶體管的漏或源隔離，這樣就省掉了雙極型工藝中的隔離工藝。第63頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field E

40、ffect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 采用特性曲線是討論晶體管特性的通常方法。 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管可引入輸出特性及轉(zhuǎn)移特性曲線來(lái)描述 。第64頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesMOS 場(chǎng)效應(yīng)管的輸出和輸入特性曲線Output and Input Chararcterisrics for MOSFET第65頁(yè)，

41、共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices場(chǎng)效應(yīng)管以柵極電壓作為參變量，漏 - 源電流 IDS 與漏 - 源電壓 UDS 之間的關(guān)系曲線即輸出特性曲線下面以 n 溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管為例來(lái)討論第66頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFund

42、amental of Semiconductor Devicesp-substraten+n+draingatesourcebulk (substrate)第67頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUB = 0US = 0UG UT0 UD UG - UT第82頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semicondu

43、ctor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏電壓增大至 UDS UGS - UT反型層將無(wú)法擴(kuò)展至整個(gè)從源到漏的溝道區(qū)，稱為溝道夾斷 （ pinched off ）。2飽和工作區(qū)第83頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp-substraten+n+draingatesourcebulk (su

44、bstrate)第84頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices簡(jiǎn)化為溝道一旦夾斷，溝道中的電荷便不再變化，于是漏電流亦保持不變：第85頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏

45、電流不隨漏電壓的改變而變化，稱為漏電流飽和狀態(tài)稱為飽和工作區(qū)。UB = 0US = 0UG UTUD UG - UT第86頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices容易求得器件工作在飽和區(qū)時(shí)的跨導(dǎo) gm 為或第87頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transisto

46、rsFundamental of Semiconductor Devices3雪崩擊穿區(qū)當(dāng) UDS 超過(guò)漏與襯底間結(jié)的擊穿電壓時(shí)，電流不必通過(guò)漏和源間的溝道，直接由漏經(jīng)襯底到達(dá)源，IDS 迅速增大，器件進(jìn)入雪崩擊穿區(qū)。第88頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices雪崩擊穿區(qū)飽和工作區(qū)線性工作區(qū)IDUDS0第89頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter

47、4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 溝道耗盡型 p 溝道增強(qiáng)型 p 溝道耗盡型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線，可用類(lèi)似的方法討論 。 第90頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesIDUDS0Ugs= 0n 溝增強(qiáng)型IDUDS0Ugs= 0

48、n 溝耗盡型- ID-UDS0p 溝增強(qiáng)型Ugs= 0- ID-UDS0Ugs= 0p 溝耗盡型第91頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices輸入特性曲線 Input Chararcterisrics第92頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsF

49、undamental of Semiconductor Devices MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的輸入特性曲線又稱轉(zhuǎn)移特性曲線 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種利用柵源之間的電壓控制輸出電流的壓控制器件。第93頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices MOS 晶體管工作在飽和區(qū)時(shí)的電流為 IDSS，UGS 不同，IDSS 也不同。 IDSS 與 UGS 的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。第94頁(yè)，共189

50、頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUGSUTIDSS0n 溝增強(qiáng)型 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線第95頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUGSUPIDSS0n 溝耗盡型 MOS

51、FET 的轉(zhuǎn)移特性曲線第96頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUGSUTIDSS0p 溝增強(qiáng)型 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線第97頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices

52、UGSIDSS0UPp 溝耗盡型 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線第98頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesMOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓Threshold Voltage of MOSFET n 溝增強(qiáng)型 MOS FET 的閾值電壓也就是器件溝道的開(kāi)啟電壓，由下式?jīng)Q定： 第99頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Se

53、miconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第100頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices增強(qiáng)型管，UT 0，顯然應(yīng)有 第101頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect

54、TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 溝耗盡型 MOS FET 的閾值電壓 UT 0，說(shuō)明柵極電壓為零，表面溝道已經(jīng)存在，因此，開(kāi)啟電壓實(shí)際上就是夾斷電壓，通常用 UP 表示第102頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUP 0，即當(dāng)UGS -UP時(shí)器件就能開(kāi)啟，柵極電壓再負(fù)很些，溝道截止。第103頁(yè)，共189頁(yè)，2022

55、年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 溝增強(qiáng)型管 的閾值電壓 UT 為第104頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 溝道耗盡型 MOSFET 的閾值電壓 UT 仍由上式得到，不過(guò)要求 UT

56、 0就是說(shuō)，柵極電壓為零時(shí)p 型溝道早已形成，第105頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices這時(shí)的開(kāi)啟電壓實(shí)質(zhì)上是夾斷電壓 UP 。 當(dāng)柵極施加的正電壓大于 UP 時(shí)，溝道全部截止。第106頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamen

57、tal of Semiconductor Devices需要說(shuō)明的是，上面的表式只適用于長(zhǎng)溝道 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管。溝道長(zhǎng)度較短時(shí)，須考慮短溝道效應(yīng)，管子的閾值電壓會(huì)隨溝道長(zhǎng)度的減小而減小。第107頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices溝道長(zhǎng)度調(diào)變Channel - Length Modulation曾經(jīng)定義飽和工作區(qū)的漏電流不隨漏電壓的改變而變化。第108頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，

58、5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices實(shí)際上，繼續(xù)增加UDS，溝道夾斷點(diǎn)將向源端移動(dòng)，漏端出現(xiàn)耗盡區(qū)。第109頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp-substrateUGSUDSLLSn+n+第1

59、10頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices由單邊突變結(jié)耗盡區(qū)寬度的公式可得漏端耗盡區(qū)隨 UDS 增大而不斷變化的關(guān)系：第111頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏-源飽

60、和電流隨溝道長(zhǎng)度減小明顯增加。實(shí)際溝道長(zhǎng)度減小為第112頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏 - 源飽和電流隨溝道長(zhǎng)度變化而變化的效應(yīng)稱溝道長(zhǎng)度調(diào)變效應(yīng)。MOS 管的溝道長(zhǎng)度調(diào)變效應(yīng)類(lèi)似于雙極型管基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)，結(jié)果都使增益變大，輸出阻抗變小。第113頁(yè)，共189頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconducto