金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)表面空間電荷區(qū)第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)表面空間電荷區(qū)

理想MOS結(jié)構(gòu)假設(shè)（1）氧化物中或氧化物和半導(dǎo)體之間的界面不存在電荷。（2）金屬和半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差為零.〔由假設(shè)（1）（2）無(wú)偏壓時(shí)半導(dǎo)體能帶平直〕（3）二氧化硅層是良好的絕緣體，能阻擋直流電流流過(guò)。由假設(shè)（3），即使有外加電壓，在達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，整個(gè)表面空間電荷區(qū)中費(fèi)米能級(jí)為常數(shù)，與體內(nèi)費(fèi)米能級(jí)相平。圖6-2bMOS電容器結(jié)構(gòu)和能帶圖（P192）第三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)圖6-3加上電壓時(shí)MOS結(jié)構(gòu)內(nèi)的電位分布

半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)（厚度um量級(jí)P193)在MOS電容兩端加上電壓，則半導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷為QS=-QM。金屬的自由電子濃度很大，金屬表面的空間電荷區(qū)局限于一個(gè)原子厚度。半導(dǎo)體的載流子的濃度比金屬中小，在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)具有相當(dāng)厚度的空間電荷區(qū)。第四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)（P193)每個(gè)極板上的感應(yīng)電荷與電場(chǎng)之間關(guān)系自由空間電容率氧化物相對(duì)介電常數(shù)半導(dǎo)體表面電場(chǎng)半導(dǎo)體相對(duì)介電常數(shù)

空間電荷區(qū)在半導(dǎo)體內(nèi)部邊界亦即空間電荷區(qū)寬度外加電壓為跨越氧化層電壓和表面勢(shì)所分?jǐn)偅?-2）（6-1）第五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)圖6-4幾種偏壓情況的能帶和電荷分布（a）載流子積累、耗盡和反型

第六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)載流子積累、耗盡和反型

載流子積累

緊靠硅表面的多數(shù)載流子濃度大于體內(nèi)熱平衡多數(shù)載流子濃度時(shí)，稱為載流子積累現(xiàn)象。單位面積空間電荷第七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)圖6-4幾種偏壓情況的能帶和電荷分布（b）小的（c）大的載流子積累、耗盡和反型

物理PN結(jié)場(chǎng)感應(yīng)結(jié)第八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)載流子耗盡

單位面積總電荷

載流子反型

載流子類型發(fā)生變化或者半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型發(fā)生變化（6-6）（6-7）（6-5）載流子積累、耗盡和反型

第九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)反型和強(qiáng)反型條件反型條件強(qiáng)反型條件（6-17）（6-18）圖6-5強(qiáng)反型時(shí)的能帶圖在外電場(chǎng)作用下，可以改變半導(dǎo)體的表面以內(nèi)相當(dāng)厚的一層中載流子的濃度和型號(hào)，從而可控制該層的導(dǎo)電能力和性質(zhì)。反型層稱導(dǎo)電溝道，半導(dǎo)體表面場(chǎng)效應(yīng)，MOSFET的物理基礎(chǔ)。第十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

反型層中單位面積下的可動(dòng)電荷即溝道電荷總表面空間電荷（6-19）（6-20）（6-21）（6-22）反型和強(qiáng)反型條件(小結(jié)8)第十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)小結(jié)理想MOS假設(shè)意義，即使外加電壓，表面空間電荷區(qū)也處熱平衡狀態(tài)，整個(gè)表面空間電荷區(qū)中費(fèi)米能級(jí)為常數(shù)。2.偏壓由氧化層和半導(dǎo)體承擔(dān)

3.根據(jù)電磁場(chǎng)邊界條件，空間電荷與電場(chǎng)具有以下關(guān)系4.不同柵偏壓使半導(dǎo)體表面出現(xiàn).載流子積累、耗盡和反型的不同狀態(tài)。第十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

小結(jié)5.畫能帶圖的依據(jù) a.據(jù)理想MOS假設(shè)，各種偏壓下半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)不變； b.半導(dǎo)體中性區(qū)的費(fèi)米能級(jí)與金屬費(fèi)米能級(jí)分開，其差等柵偏壓

c.偏壓由氧化層和半導(dǎo)體承擔(dān) d.真空能級(jí)連續(xù)，各能級(jí)與真空能級(jí)平行。

6.體費(fèi)米勢(shì)定義第十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

小結(jié)7.反型和強(qiáng)反型條件8.強(qiáng)反型后，當(dāng)偏壓繼續(xù)增加時(shí)，導(dǎo)帶電子在很薄的強(qiáng)反型層中迅速增加，屏蔽了外電場(chǎng)。于是空間電荷區(qū)的勢(shì)壘高度、表面勢(shì)、固定的受主負(fù)電荷以及空間電荷區(qū)的寬度基本上保持不變。第十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1理想MOS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷區(qū)

教學(xué)要求了解理想結(jié)構(gòu)基本假設(shè)及其意義。根據(jù)電磁場(chǎng)邊界條件導(dǎo)出空間電荷與電場(chǎng)的關(guān)系掌握載流子積累、耗盡和反型和強(qiáng)反型的概念。正確畫流子積累、耗盡和反型和強(qiáng)反型四種情況能帶圖。導(dǎo)出反型和強(qiáng)反型條件第十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器單位面積微分電容

MOS系統(tǒng)電容-電壓特性:微分電容C與偏壓關(guān)系絕緣層單位面積上的電容半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)單位面積電容（6-22）（6-23）（6-24）（6-25）第十七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器（6-26）（6-28）（6-29）系統(tǒng)歸一化電容圖6-7P型半導(dǎo)體MOS的C-V特性電容隨偏壓變化分成幾個(gè)區(qū)域第十八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器積累區(qū)（P198

）MOS系統(tǒng)電容C基本等于絕緣體電容。負(fù)偏壓逐漸減少，空間電荷區(qū)積累空穴數(shù)隨之減少，且隨變化也逐漸減慢，變小。總電容C也就變小。平帶情況（P199）（6-40）第十九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器耗盡區(qū)（P200）

（6-43）（6-42）（6-44）（6-5）（6-6）第二十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器歸一化電容隨著外加偏壓的增加而減小反型區(qū)（P201,小結(jié)6）（6-45）（6-46）（6-47）耗盡區(qū)第二十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器小結(jié)1.MOS電容:氧化層電容和半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)電容串聯(lián).2.絕緣層單位面積電容3.導(dǎo)體表面空間電荷區(qū)單位面積電容第二十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器小結(jié)4.歸一化電容5.耗盡區(qū)

歸一化MOS電容隨著外加偏壓的增加而減小6.反型區(qū)

載流子數(shù)量變化主要依靠少子產(chǎn)生與復(fù)合，這個(gè)過(guò)程快慢由少子壽命決定，歸一化電容與測(cè)量信號(hào)的頻率有關(guān)。第二十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.2理想MOS電容器教學(xué)要求掌握理想系統(tǒng)電容-電壓特性，對(duì)圖6.7作出正確分析。導(dǎo)出公式（6－45）、（6-46）。第二十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.3溝道電導(dǎo)與閾值電壓第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第二十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.3溝道電導(dǎo)與閾值電壓

一溝道電導(dǎo)

為溝道中的電子濃度,為溝道寬度反型層中單位面積總的電子電荷溝道電導(dǎo)（6-51）（6-52）（6-53）第二十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.3溝道電導(dǎo)與閾值電壓二閾值電壓

定義為形成強(qiáng)反型所需要最小柵電壓。出現(xiàn)強(qiáng)反型

溝道電荷受到偏壓控制，這正是MOSFET工作的基礎(chǔ)。

（6-51）（6-54）第二十七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.3溝道電導(dǎo)與閾值電壓二閾值電壓

定義為形成強(qiáng)反型所需要最小柵電壓。

第一項(xiàng)表示形成強(qiáng)反型時(shí)，要用一部分電壓去支撐空間電荷；第二項(xiàng)表示要用一部分電壓為半導(dǎo)體表面提供達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)所需要的表面勢(shì)。（6-55）第二十八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.3溝道電導(dǎo)與閾值電壓小結(jié)1.溝道電導(dǎo)反映了導(dǎo)電溝道的導(dǎo)電能力，溝道電導(dǎo)與器件結(jié)構(gòu)有關(guān)，與溝道內(nèi)載流子遷移率和溝道電荷成正比。2.閾值電壓

形成強(qiáng)反型時(shí)所需最小柵電壓。第一項(xiàng)表示在形成強(qiáng)反型時(shí)，要用一部分電壓去支撐空間電荷；第二項(xiàng)表示要用一部分電壓為半導(dǎo)體表面提供達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)所需要的表面勢(shì)。第二十九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.3溝道電導(dǎo)與閾值電壓

教學(xué)要求掌握概念：溝道電導(dǎo)、閾值電壓導(dǎo)出溝道電導(dǎo)公式（6-53）導(dǎo)出閾值電壓公式（6-54）說(shuō)明閾值電壓的物理意義。第三十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第三十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性功函數(shù)差的影響第三十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性鋁電極和P型硅襯底鋁的功函數(shù)比P型硅的小，鋁的費(fèi)米能級(jí)高。功函數(shù)差

功函數(shù)不同，鋁-二氧化硅-P型硅MOS系統(tǒng)在沒有外加偏壓的時(shí)候，在半導(dǎo)體表面存在表面勢(shì)。因此，欲使能帶平直，除去功函數(shù)差的影響，就必須在金屬電極上加一負(fù)電壓。平帶電壓（6-56）第三十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性

第三十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日（6-57）在室溫下，硅的修正功函數(shù)

起著有效電壓的作用。實(shí)際系統(tǒng)的電容C作為的函數(shù)，與理想MOS系統(tǒng)C的作為的函數(shù)，在形式上應(yīng)該一樣。（6-57）功函數(shù)差的影響第三十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性界面陷阱和氧化物電荷的影響第三十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性界面陷阱電荷（interfacetrappedcharge）

硅（100）面約硅（111）面約氧化物固定電荷（fixedoxidecharge）位于界面約3nm的范圍內(nèi)，電荷固定，正的。（100）面約為

（111）面約為

硅MOSFET一般采用（100）晶面,較低。氧化物陷阱電荷（oxidetrappedcharge）可低溫退火消除.可動(dòng)離子電荷（mobileioniccharge）諸如鈉離子和其它堿金屬離子，高溫和高壓下工作時(shí)，能在氧化層內(nèi)移動(dòng)。第三十七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性克服硅-二氧化硅界面電荷和二氧化硅中電荷影響平帶電壓如果氧化層中正電荷連續(xù)分布，電荷體密度為（6-58）（6-59）界面陷阱和氧化物電荷的影響第三十八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性總平帶電壓有效面電荷實(shí)際硅－二氧化硅系統(tǒng)（6-64）(6-61)(6-60)界面陷阱和氧化物電荷的影響為方便，上述四種電荷通稱氧化層電荷，記第三十九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性實(shí)際的MOS閾值電壓和C-V曲線（P210小結(jié)5)平帶電壓閾值電壓

第一項(xiàng)是，為消除半導(dǎo)體和金屬的功函數(shù)差的影響，金屬電極相對(duì)于半導(dǎo)體所需要加的外加電壓；第二項(xiàng)是為了把絕緣層中正電荷發(fā)出的電力線全部吸引到金屬電極一側(cè)所需要加的外加電壓；第三項(xiàng)是支撐出現(xiàn)強(qiáng)反型時(shí)的體電荷所需要的外加電壓；

第四項(xiàng)是開始出現(xiàn)強(qiáng)反型層時(shí)，半導(dǎo)體表面所需的表面勢(shì)。（6-65）（6-66）第四十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性小結(jié)1.由于功函數(shù)差，MOS系統(tǒng)在沒有外加偏壓的時(shí)候，在半導(dǎo)體表面就存在表面勢(shì)>0。因此，欲使能帶平直，除去功函數(shù)差所帶來(lái)影響，就必須在金屬電極上加一負(fù)電壓。

這個(gè)電壓一部分用來(lái)拉平二氧化硅能帶，一部分用來(lái)拉平半導(dǎo)體的能帶，使＝0。因此稱其為平帶電壓.

2.在二氧化硅、二氧化硅－硅界面系統(tǒng)存在電荷：界面陷阱電荷氧化物固定電荷氧化物陷阱電荷可動(dòng)離子電荷

綜合看，可把它們看做位于二氧化硅－硅界面正電荷。第四十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性小結(jié)3.克服二氧化硅內(nèi)位于x處電荷片造成能帶彎曲需平帶電壓4.如果氧化層中正電荷連續(xù)分布，電荷體密度為，總平帶電壓5.實(shí)現(xiàn)平帶條件所需的偏壓叫做平帶電壓

理想MOS的C-V曲線沿著電壓軸平移可得實(shí)際的C-V曲線。第四十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性小結(jié)6.實(shí)際MOS的閾值電壓

第一項(xiàng)是為消除半導(dǎo)體和金屬的功函數(shù)差的影響，金屬電極相對(duì)于半導(dǎo)體所需要加的外加電壓；

第二項(xiàng)是為了把絕緣層中正電荷發(fā)出的電力線全部吸引到金屬電極一側(cè)所需要加的外加電壓；

第三項(xiàng)是支撐出現(xiàn)強(qiáng)反型時(shí)的體電荷

所需外加電壓；

第四項(xiàng)是出現(xiàn)強(qiáng)反型層時(shí)，半導(dǎo)體表面所需的表面勢(shì)。第四十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性教學(xué)要求畫出鋁－二氧化硅－硅系統(tǒng)的能帶圖。根據(jù)能帶圖說(shuō)明是否等于？

了解在二氧化硅、二氧化硅－硅界面系統(tǒng)存在的電荷及其主要性質(zhì)。第四十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.4實(shí)際MOS的電容-電壓特性教學(xué)要求平帶電壓公式掌握實(shí)際閾值電壓的公式及各項(xiàng)的意義理想MOSC－V曲線沿電壓軸平移可得實(shí)際MOSC－V曲線？對(duì)于鋁－二氧化硅－P型硅系統(tǒng)和鋁－二氧化硅－N型硅系統(tǒng)分析式（6-66）各項(xiàng)的符號(hào)。作業(yè)：6.4、6.5、6.6、6.7、6.8。第四十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第四十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程(小結(jié)1234)圖6-15MOSFET的工作狀態(tài)和輸出特性：（a）低漏電壓時(shí)第四十七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程(小結(jié)1234)圖6-15MOSFET的工作狀態(tài)和輸出特性：（b）開始飽和第四十八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程(小結(jié)1234)圖6-15MOSFET的工作狀態(tài)和輸出特性：（c）飽和之后第四十九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

靜態(tài)特性圖6-16N溝道MOS晶體管第五十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

分析中主要假設(shè)：（1）忽略源區(qū)和漏區(qū)體電阻和電極接觸電阻；（2）溝道內(nèi)摻雜均勻；（3）載流子在反型層內(nèi)的遷移率為常數(shù)；（4）長(zhǎng)溝道近似和漸近溝道近似，即假設(shè)垂直電場(chǎng)和水平電路是互相獨(dú)立的。靜態(tài)特性第五十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管線性區(qū)

感應(yīng)溝道電荷

漂移電子電流

薩支唐（C.T.Sah）方程（6-68）（6-69）（6-70）（6-67）第五十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

考慮到溝道電壓的作用第五十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

所有拋物線頂點(diǎn)右邊的曲線沒有物理意義圖6-17式（6-68）和式（6-70）的比較第五十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

飽和區(qū)

假設(shè)在L點(diǎn)發(fā)生夾斷

此式在開始飽和時(shí)有效。超過(guò)這一點(diǎn)，漏極電流可看作是常數(shù)。所有拋物線頂點(diǎn)右邊的曲線沒有物理意義。（6-73）（6-74）第五十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

圖6-18N溝道MOSFET的電流電壓特性N溝道MOSFET的電流電壓特性第五十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

例題：采用6.4節(jié)例題中MOS結(jié)構(gòu)MOSFET。已知參數(shù)計(jì)算解：6.3節(jié)中

第五十七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管小結(jié)當(dāng)MOSFET柵極加上足夠大的正電壓

時(shí)，中間的MOS結(jié)構(gòu)發(fā)生反型，在兩個(gè)

區(qū)之間的P型半導(dǎo)體表面形成一個(gè)反型層。于是源和漏之間被能通過(guò)大電流的N型表面溝道連接在一起。改變柵電壓可以調(diào)制這個(gè)溝道的電導(dǎo)（場(chǎng)效應(yīng)）,從而調(diào)制溝道電流。若加一小的漏電壓，電子將通過(guò)溝道從源流到漏。溝道的作用相當(dāng)于一個(gè)電阻，漏電流

和漏電壓

成正比。這是線性區(qū)。線性區(qū)第五十八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管小結(jié)3.當(dāng)漏電壓增加時(shí)，由于從源到漏存在電壓，因此，導(dǎo)電溝道從

逐漸變窄，致使

處反型層寬度減小到零。這種現(xiàn)象叫做溝道夾斷。溝道夾斷發(fā)生的地點(diǎn)叫夾斷點(diǎn)。夾斷以后，漏電流基本上保持不變，晶體管的這種工作狀態(tài)稱為飽和工作狀態(tài)。飽和條件4.夾斷以后，隨著漏電壓增加導(dǎo)電溝道兩端的電壓保持不變但溝道長(zhǎng)度縮短，因此漏電流將增加從而呈現(xiàn)不飽和特性。這種現(xiàn)象叫做溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。第五十九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管小結(jié)5.

薩支唐方程

6.線性區(qū)電流7.飽和區(qū)電流（6-70）（6-71）（6-72）第六十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.5MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

教學(xué)要求畫出結(jié)構(gòu)示意圖說(shuō)明MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理。導(dǎo)出薩支唐方程（6-70）

導(dǎo)出漏電流修正為公式（6-72）說(shuō)明夾斷條件的物理意義

導(dǎo)出飽和區(qū)I－V特性公式（6-74）

作業(yè)：6.9、6.10、6.11第六十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第六十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

圖6-20MOS晶體管的小信號(hào)等效電路。MOSFET的等效電路第六十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

小信號(hào)參數(shù)1.線性導(dǎo)納

線性區(qū)電阻(開態(tài)電阻或?qū)娮?

（6-76）（6-75）（6-77）第六十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

圖6-19MOSFET中溝道導(dǎo)納與的對(duì)應(yīng)關(guān)系線性導(dǎo)納第六十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

2.跨導(dǎo)

線性區(qū)：飽和區(qū)：

設(shè)為常數(shù)成立，飽和區(qū)跨導(dǎo)表示式和線性區(qū)導(dǎo)納相同.（6-79）（6-78）（6-80）第六十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

3.飽和區(qū)的漏極電阻

飽和區(qū)漏極電阻可以用作圖法從漏極特性中求得。4.柵極電容

（6-81）第六十七頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

截止頻率定義為輸出電流和輸入電流之比為1時(shí)的頻率，即當(dāng)器件輸出短路時(shí)，器件不能夠放大輸入信號(hào)時(shí)的頻率。線性區(qū)飽和區(qū)

為了提高工作頻率或工作速度，溝道長(zhǎng)度要短，載流子遷移率要高。（6-82）第六十八頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)小結(jié)漏極導(dǎo)納也叫做線性導(dǎo)納(飽和區(qū)漏電流不隨漏電壓變化)。根據(jù)公式（6-76）可由電流-電壓曲線測(cè)出漏極導(dǎo)納，根據(jù)公式（6-77）可計(jì)算出漏極導(dǎo)納。同樣根據(jù)公式公式（6-79）、（6-80）和（6-81）可以分別測(cè)出和計(jì)算出跨導(dǎo)并將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果比較。柵極電容

為絕緣層電容。輸入電壓信號(hào)加在柵極電容上，MOSFET具有比JFET更高的輸入阻抗。第六十九頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)小結(jié)4.最高工作頻率頻率

線性區(qū)

飽和區(qū)

為了提高工作頻率或工作速度，溝道長(zhǎng)度要短，載流子遷移率要高。（6-83b）（6-83a）第七十頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.6等效電路和頻率響應(yīng)

教學(xué)要求掌握交流小信號(hào)參數(shù)線性導(dǎo)納、導(dǎo)通電阻、線性區(qū)跨導(dǎo)、飽和區(qū)跨導(dǎo)、飽和區(qū)的漏極電阻柵極電容畫出交流等效電路圖6-20計(jì)算截止頻率，提高工作頻率或工作速度途徑作業(yè)：6.11、6.12第七十一頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.7亞閾值區(qū)第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第七十二頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)柵電壓低于閾值電壓，半導(dǎo)體表面僅僅只是弱反型時(shí)，相應(yīng)的漏電流稱為亞閾值電流。在亞閾值區(qū)，對(duì)漏電流起決定作用的是載流子擴(kuò)散而不是漂移。漏電流可以用推導(dǎo)均勻摻雜基區(qū)的雙極晶體管集電極電流的相同方法導(dǎo)出（6-86）6.7亞閾值區(qū)小結(jié)第七十三頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日3.用做數(shù)字邏輯電路開關(guān)及存儲(chǔ)器使用時(shí)，亞閾值區(qū)特別重要。這是因?yàn)閬嗛撝祬^(qū)描述了開關(guān)如何導(dǎo)通和截止。4.必須將MOSFET偏置在比

低0.5V（實(shí)例）或更低電壓值，以使亞閾值區(qū)電流減小到可忽略。6.7亞閾值區(qū)小結(jié)第七十四頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.8場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型第六章金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管第七十五頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.8場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型按照反型層類型不同，MOSFET可分四種N溝MOSFET：N溝增強(qiáng)型N溝耗盡型

若在零柵壓下溝道電導(dǎo)很小，柵極必須加上正偏壓才能形成導(dǎo)電溝道，這種器件就是增強(qiáng)型N溝MOSFET。若在零偏壓下已存在N型溝道，為了減小溝道電導(dǎo)，柵極必須加負(fù)偏壓以耗盡溝道載流子，這樣的器件是耗盡型N溝MOSFET。P溝MOSFET：P溝增強(qiáng)型P溝耗盡型第七十六頁(yè)，共八十五頁(yè)，2022年，8月28日6.8場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型N溝MOSFET：N溝增強(qiáng)型N溝耗盡型增強(qiáng)型N溝器件，要使溝道通過(guò)一定的電流，正的柵偏置電壓必須比閾值電壓大。耗盡型N溝器件，在零柵壓時(shí)，溝道已可流過(guò)很大的電流，改變柵