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1、引言晶体管按工作原理分类:第六章绝缘栅场效应晶体管1.双极型晶体管2.场效应晶体管(Fieldeffecttransistor:FET)*20世纪三十年代:利林费尔德-场效应思想.*1962年前后:Si平面工艺和外延技术发展;表面态密度大大降低.FET按结构和工艺特点来划分1.结型栅场效应晶体管(JFET)2.肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET)3.绝缘栅场效应晶体管(IGFET)与双极型晶体管相比,FET的优点:1.输入阻抗高;2.噪声系数小;3.功耗小;4.温度稳定性好;5.抗辐射能力强苏州科技学院电子与信息学院第六章绝
2、缘栅场效应晶体管结构和分类1)结构第一节MOSFET的基本特性2)工作原理苏州科技学院电子与信息学院3)输出特性(1)OA段:线性区,VGS决定沟道电阻*集成电路中的都是横向MOSFET,即沟道电流是水平方向流动;分立器件中有的沟道电流是垂直方向流动的,称为纵向MOSFET.第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基本特性(2)AB段:过渡区,沟道压降影响沟道电阻(3)BC段:饱和区,VDS>VDsat,之后沟道有效长度随VDS增大而缩短,称为有效沟道长度调变效应.(4)CD段:击穿区,VDS≥BVDS非饱和区4)MOSF
3、ET类型*N沟道增强型、耗尽型,P沟道增强型、耗尽型苏州科技学院电子与信息学院又称开启电压,是使栅下的衬底表面开始发生强反型时的栅极电压,记为VT。第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基础MOSFET的阈值电压1)MOS结构的阈电压(1)功函数Wm=E0–(EF)mWmE0(EF)mWs=E0–(EF)sWsE0(EF)sECEV苏州科技学院电子与信息学院①金半功函数差为零;②栅氧化层内有效电荷面密度为零;③栅氧化层与半导体界面处不存在界面态。第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基础(2)理想MOS结构苏州科
4、技学院电子与信息学院（3）实际MOS结构第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基础通常有,类同VG>0,使半导体一侧带负电荷,能带在表面向下弯曲,数量为:定义:从表面到体内平衡处的电势差,为表面势,即有效栅极电压（VG-VFB）一部分降在栅氧化层上，即，另一部分降在半导体上，即.刚发生强反型时,栅极电压VG即阈电压VT:（4）实际MOS结构的阈电压VT耗尽区中电离受主电荷面密度反型层电荷面密度苏州科技学院电子与信息学院2)MOSFET的阈电压（1）有效栅极电压为（2）（3）强反型时表面势，增为（4）强反型时沟道下耗尽区厚
5、度则耗尽区中电离受主电荷面密度第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基础苏州科技学院电子与信息学院3）影响VT的几个因素（1）栅电容（2）衬底费米势（3）金－半功函数差令称为P型衬底体因子第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基础一般器件掺杂范围内,掺杂影响最大的是QA,故可以通过掺杂对QA的影响来改变VT.强反型后（4）衬底杂质浓度N（5）栅氧化层中Qox影响Qox的因素:①制造工艺②晶面③氧化以后的工艺P增MOSFET易制作,是因栅氧化层中的正电荷,使n型表面在栅极电压为零时总不能变成p型导电沟道.苏州科技学
6、院电子与信息学院衬底偏置效应(体效应):衬底与源极之间外加衬底偏压VBS后,MOSFET的特性将发生变化.第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基础（6）衬底偏置电压的影响空间电荷面密度随偏压增大而增大.物理意义苏州科技学院电子与信息学院MOSFET的伏安特性假设：①沟道内压降忽略不计②扩散电流忽略不计③沟道内μ＝c④缓变沟道近似⑤强反型近似⑥栅氧化层内有效电荷面密度为常数第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基本特性1)非饱和区（1）漏电流的一般表达式忽略扩散电流，则沟道内电子电流密度为---沟道电子电荷面密度
7、苏州科技学院电子与信息学院（2）沟道电子电荷面密度Qn与漏电流第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基本特性衬底表面强反型后,沟道电子的屏蔽使VG增加部分几乎全落在栅氧化层上,半导体中能带弯曲程度不再增大,表面势和耗尽区宽都不再变化.---MOSFET增益因子苏州科技学院电子与信息学院对于p－MOSFET:饱和漏极电压第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基本特性饱和漏极电流2）饱和区ID近似不变,但略有增加。苏州科技学院电子与信息学院（1）有效沟道长度调制效应：VDS>VDsat,沟道有效长度随VDS增大而缩短
8、的现象。第六章绝缘栅场效应晶体管--1.MOSFET的基本特性VDS=VDsat时,V(L)=VDsat,夹断点电势VDsat,沟道压降也是VDsat夹断点处栅沟电压为VGS-VDsat=VT。VDS>VDsat时,沟道中各点电势均上升,V(y)=VDsat位置
