第六章 MOSFET.ppt

引言 一、FET(Field-Effect Transistor) 二、场效应器件类型： 三、FET特点： 单极器件、多子器件 电压控制器件 热稳定性好 噪声低 种类多 制作工序少，隔离容易 内容提要 6.1 MOS结构及其特性 6.2 MOSFET基本结构及工作原理 6.3 MOSFET阈值电压 6.4 MOSFET电流-电压特性 6.5 MOSFET小信号特性 6.6 短沟道效应及按比例缩小规则 *强反型：半导体表面积累的少子浓度等于甚至超过体内多子浓度的状态 费米势： 强反型条件： （2）MOS C-V特性 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2.1 MOSFET的基本结构 (1) 构成：MOS结构、4电极（S、G、D、B）、2PN结、导电沟道。 . 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 (3) 平面图形 6.2.2、MOSFET的基本类型 6.2.2、MOSFET的类型 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2.3、 MOSFET的基本工作原理 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2.3、 MOSFET的基本工作原理 基于“表面场效应”原理。 在垂直于半导体表面的电场作用下，半导体表面层中的载流子浓度发生变化，导致表面层导电能力的改变。 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2.4、 MOSFET的转移特性 ：VDS为常数，IDS～VGS E-NMOSFET： VGS＝0， IDS＝0 VGS ：P型－耗尽层 IDS＝0 VGSVT（阈值电压）－ N反型层 VGS ： IDS 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 D-NMOSFET： VGS=0，IDS已存在 VGS0, VGS IDS VGS=VT, IDS =0 以E-NMOSFET为例： VDS=0：IDS=0 VDS0很小：IDS～VDS线性增大 VDS增大： IDS～VDS变化减慢 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 MOSFET 输出特性 电学符号 转移特性 输出特性 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.1阈值电压定义 MOSFET表面呈现强反型、形成导电沟道时的栅源电压，以VT表示 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.2 平带电压 实际MOS结构： 无偏压时MOS结构中由于功函数差会引起 表面能带弯曲 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.3 强反型时的电荷分布 QG：金属栅上的面电荷密度 QOX：栅绝缘层中的面电荷密度 Qn ：反型层中电子电荷面密度 QB ：半导体表面耗尽层中空间电荷面密度 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.4 理想状态MOSFET的阈值电压 1. 理想状态：Qox＝0，Vms＝0 2. 沟道形成时的临界状态：Qn＝0 3. 出现强反型后：xd xdmax (强反型时可视为n＋p) 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.4 理想状态MOSFET的阈值电压 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.4 理想状态MOSFET的阈值电压 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.4 理想状态MOSFET的阈值电压 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.5 实际MOSFET的阈值电压 （1）由MOS结构的 引起： 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.5 实际MOSFET的阈值电压 （2）非平衡下的VT VDS0 场感应结： 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.5 实际MOSFET的阈值电压 （3） 衬偏电压VBS≠0引起： 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.6影响阈值电压的因素 （1）栅电容Cox （2）接触电势 （3）衬底杂质浓度的影响 （4）氧化层电荷密度的影响 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.6影响阈值电压的因素 （1）栅电容Cox 减小氧化层厚度 选用较大介电系数的材料作栅介质膜 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.6影响阈值电压的因素 （2）接触电势差 用硅栅工艺（用多晶硅作栅极） 6.3 MOSFET的阈值电压 6.3.6影响阈