《MOSFET北大微電子》PPT課件

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1、微電子器件與IC設(shè)計(jì)第6章MOSFET主要內(nèi)容MOS結(jié)構(gòu)與特性MOSFET結(jié)構(gòu)與特性MOSFET工作原理I-V特性交流特性引言MOSFET引言特點(diǎn)單極器件、多子器件電壓控制器件噪聲低制作工序少，隔離容易MOSFETWBIneIncIrIpeICBOIEICIB6.1MOS結(jié)構(gòu)及其特性EFEF功函數(shù)假設(shè)：金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)差為零氧化層里面沒有電荷而且氧化層完全不導(dǎo)電氧化層和半導(dǎo)體界面不存在任何界面態(tài)柵極上加負(fù)電壓，空穴聚集P型半導(dǎo)體氧化絕緣層金屬空穴柵極上加正電壓，耗盡P型半導(dǎo)體氧化絕緣層金屬電子耗盡層?xùn)艠O正電壓增大，表面反型P型半導(dǎo)體氧化絕緣層

2、金屬電子反型層耗盡層6.1MOS結(jié)構(gòu)及其特性MOS電容氧化層電容表面層電容總電容6.2MOSFET的結(jié)構(gòu)及其特性1MOSFET的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成：半導(dǎo)體襯底、氧化層、金屬柵極、源／漏擴(kuò)散區(qū)。6.2MOSFET的結(jié)構(gòu)及其特性MOSFET的基本結(jié)構(gòu)主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)：L,W,tox,NA.6.2MOSFET的結(jié)構(gòu)及其特性2、MOSFET的類型溝道中導(dǎo)電的載流子類型N溝道（P型襯底）P溝道（N型襯底）強(qiáng)反型時(shí)，導(dǎo)電溝道中的電子漂移運(yùn)動(dòng)形成電流強(qiáng)反型時(shí)，導(dǎo)電溝道中的空穴漂移運(yùn)動(dòng)形成電流VG＝0時(shí)，是否有導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型耗盡型VG＝0時(shí)，無導(dǎo)電溝道VG＝0時(shí)，有導(dǎo)電

3、溝道（1）共有四種類型（2）增強(qiáng)型MOSFET多為P溝道型，耗盡型多為N溝道型6.2MOSFET的結(jié)構(gòu)及其特性2、MOSFET的類型GDSBGDSBGDSBGDSB類型N溝道MOSFETP溝道MOSFET耗盡型增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型襯底P型N型S、D區(qū)n＋p＋溝道載流子電子空穴VDS>0<0IDS方向D?SS?DVT<0>0>0<0電路符號(hào)6.2MOSFET的基本結(jié)構(gòu)及工作原理3、MOSFET的基本工作原理VG＝0：S、D之間只有微小的pn結(jié)反向電流。VG>0：出現(xiàn)從柵極指向半導(dǎo)體的電場，表面出現(xiàn)耗盡層；VG增加，半導(dǎo)體表面出現(xiàn)反型層。當(dāng)VDS≠0，

4、形成漏源電流IDS。VT：VGS使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)電壓。VGS＞VT，表面出現(xiàn)導(dǎo)電通道。VDS一定，VGS越大，溝道越厚，導(dǎo)電電子越多，溝道電流越大。6.2MOSFET的基本結(jié)構(gòu)及工作原理6.2.2、MOSFET的基本工作原理耗盡層:表面少子濃度<表面多子濃度反型層:表面少子濃度>表面多子濃度強(qiáng)反型:表面少子濃度≥體內(nèi)多子濃度導(dǎo)電溝道:強(qiáng)反型時(shí)漏源之間形成的導(dǎo)電通道閾值電壓VT：使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)(ns≥p0)所需的柵源電壓漏極：載流子流出溝道源極：載流子流入溝道(漏源電壓總是使載流子由源極流入溝道由漏極流出溝道)6.2MOSFET的

5、基本結(jié)構(gòu)及工作原理6.2.2、MOSFET的基本工作原理VDS為常數(shù)，IDS～VGSVGS＝0，IDS＝0VGS>＝VT（閾值電壓）：VGS：P型－耗盡層－N反型層VGS>>0：6.3MOSFET的閾值電壓6.3.2強(qiáng)反型ECEVEFEipEisqVsqφF6.3MOSFET的閾值電壓6.3.2強(qiáng)反型半導(dǎo)體表面積累的少子濃度等于甚至超過體內(nèi)多子濃度的狀態(tài)費(fèi)米勢：強(qiáng)反型條件：ECEVEFEipEisqVsqφF6.3MOSFET的閾值電壓6.3.3強(qiáng)反型時(shí)的電荷分布QG：金屬柵上的面電荷密度QOX：柵絕緣層中的面電荷密度Qn：反型層中電子電荷面密度

6、QB：半導(dǎo)體表面耗盡層中空間電荷面密度柵電極柵氧化層P型半導(dǎo)體QnQGQOXQB6.3MOSFET的閾值電壓6.3.4理想狀態(tài)MOSFET的閾值電壓1.理想狀態(tài)：Qox＝0，Vms＝02.溝道形成時(shí)的臨界狀態(tài)：Qn＝03.出現(xiàn)強(qiáng)反型后：xdxdmax6.3MOSFET的閾值電壓6.3.4理想狀態(tài)MOSFET的閾值電壓理想假設(shè)條件下不考慮剛達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)Qn分布在表面很薄的一層內(nèi)Qn<

7、柵電極柵氧化層P型半導(dǎo)體QnQGQOXQB6.3MOSFET的閾值電壓6.3.4理想狀態(tài)MOSFET的閾值電壓柵電極柵氧化層P型半導(dǎo)體QnQGQOXQB單位面積柵電容柵氧化層厚度6.3MOSFET的閾值電壓6.3.4理想狀態(tài)MOSFET的閾值電壓6.3MOSFET的閾值電壓6.3.5實(shí)際MOSFET的閾值電壓（1）實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)6.3MOSFET的閾值電壓6.3.5實(shí)際MOSFET的閾值電壓（2）NMOS：PMOS：6.3MOSFET的閾值電壓6.3.5實(shí)際MOSFET的閾值電壓（3）非平衡下之VTVDS>06.3MOSFET的閾值電壓6.

8、3.5實(shí)際MOSFET的閾值電壓（4）襯偏電壓VBS≠06.3MOSFET的閾值電壓6.3.6影響閾值電壓的因素（1）柵電容Cox（2）