PDF《Lecture XXV》

Lecture XXV 金属-氧化物-半导体场效应管(3) 赵宇军 华南理工大学物理系 2019/5/13 电容-电压特性 ?频率特性 p型衬底MOS电容的C-V特性 ( 电容-电压特性 ?固定栅氧化层电荷和界面电荷效应 理想MOS假设在氧化层中 或氧化层-半导体界面没有 电荷中心.

而实际器件中, 氧化层电荷则会带来很大 的电压漂移和不稳定性. 通过广泛研究,已确定了 一些处于氧化层中或氧化 层-半导体界面的电荷中心. 热生长的SiO2-Si结构中电 荷中心的特点和位置 电容-电压特性 ?固定栅氧化层电荷和界面电荷效应 不同有效氧化层陷阱电荷 值下,p型MOS电容器高频 电容和栅压的函数关系图 p型-"积累" "耗尽"、"反型"? 电容-电压特性 ?固定栅氧化层电荷和界面电荷效应 p型-"耗尽" p型-"反型" 界面态的影响 MOSFET基本工作原理 ?MOSFET结构 nFET(p型衬底,沟道电子导电),漏(D)极是具有较高电压的n+一端, 另一边为源(S)极pFET (n型衬底,沟道空穴导电) , 漏(D)极是具有较低电压的p+一端 电流流动是由载流子(nFET为电子, pFET为空穴)在受栅极(G)控制 的情况下,从源(S)向漏(D)运动 而形成的. MOSFET基本工作原理 ?MOSFET结构 增强型MOSFET和耗尽型MOSFET (1)当VG=0时,没有形成导电沟道,器件关断,只有 ?VG?>VT时,器件才导通,以这种方式工作的MOS器 件叫增强型MOSFET.(电压漂移会使VT为负值) (2)当VG=0时,衬底表面就已经形成导电沟道,在源漏 电压作用下就形成了电流,以这种方式工作的MOS器 件叫耗尽型MOSFET. (3)对于耗尽型MOSFET,要关断器件使其处于截止状 态,必须在栅上加反向电压,把衬底表面的导电载流 子赶走. MOSFET基本工作原理 ?MOSFET结构 p MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系 VGSVT 漏电流=? MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系 n 沟增强型OSFET的ID-VDS 特性曲线 n 沟耗尽型OSFET的ID-VDS 特性曲线 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 理想假设: 1. 沟道中的电流主要是由漂 移产生的 2. 栅氧化层中无电流 3. 利用缓变沟道近似,即Ex 为一常数 4. 任何固定氧化层电荷等价 于在氧化层-半导体界面处 的电荷密度 5. 沟道中载流子的迁移率为 常数 x y z MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 在MOSFET沟道中,漂移占主导作用,忽略扩散流.则 电荷中性 高斯定理 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 当 时可以认为 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 例题10.7:可以通过增 大沟道宽度来增加电流 驱动能力. p沟增强型的饱和I-V关系? 2019/5/13 MOSFET基本工作原理 ?电流-电压关系的数学推导 从实验的I-VGS曲线确定迁移率和阈值电压 VDS 很小时 饱和时: 例题10.8:反型层载流 子的迁移率小于体内. 2019/5/13 MOSFET基本工作原理 ?跨导 非饱和区: 饱和区: 跨导是器件结构、载流子迁移率和阈值电压的函数.随 着器件沟道宽度的增加、沟道长度的减小、或氧化层厚 度的减小,跨导都会增加. 2019/5/13 Homework 教学网站: http://www.compphys.cn/zhaoyj/lectures/ 作业要求一周内发送至 [email protected] None *:选做题