mos晶体管的发展概况及其特点

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1、赣南师院物理与电子信息学院课程设计报告书姓名:班级：07级电子科学与技术学号:时间：2010年6月06日论文题目MOS晶体管的发展概况及其特点课程论文要求综述性题R:根据课程题目，査阅相关文献，并根据所学知识，写关于集成电路内容的综述性论文，字数要求2500字以上。严禁照搬照抄，提炼相关的文献的观点，发表个人观点。设计过程摘要：步入21世纪，集成电路的使用越来越广泛，对于其要求也越来越高，所以对于MOS晶体管的认识也变得更加重要了。本文将介绍MOS晶体管的基本概念、基本理论、发展状况和其特点，让大家对MOS晶体管有个全面的认识。关键字：MOS晶体管的概

2、念MOS晶体管技术的限制高介电常数材料技术双栅及三维结构MOS晶体管特点工作特性引言：MOS晶体管进入集成电路制造行业，并逐渐成为电子工业中最重要的电子器件。就H前而言，MOS晶体管似乎是唯一能胜任将来超大规模集成电路(ULSI)应用的电子器件。虽然大规模集成电路技术在过去40多年来突飞猛进，但从技术上看，它似乎正遇上瓶颈。因此，为了满足技术发展的要求，寻找更高性能的同时，并在回顾MOS晶体管技术发展进程的基础上，简要综述了MOS晶体管的相关知识和可能实现突破的下一代MOS晶体管技术。MOS晶体管的概念MOS晶体管的概念：由金属、氧化物和半导体制成。称

3、为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。这个名称前半部分说明了它的结构，后半部分说明了它的工作原理。从纵向看，MOS晶体管是由栅电极、栅绝缘层和半导体衬底构成的一个三明治结构；从水平方向看，MOS晶体管由源区、沟道区和漏区3个区域构成，沟道区和硅衬底相通，也叫做MOS晶体管的体区。一个MOS晶体管有4个引出端：栅极、源极、漏极和体端即衬底。由于栅极通过二氧化硅绝缘层和其他区域隔离，MOS晶体管又叫做绝缘场效应晶体管。MOS晶体管还因为其温度稳定性好、集成化时工艺简单，而广泛用于大规模和超大规模集成电路中。MOS管有N沟道和P沟道两类，但每

4、一类又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管，P(IMPMOS沟道增强型管和P沟道耗尽型管。凡栅-源电压ucs为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管，凡栅-源电压ucs为零吋漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC。MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGS实现对水平Ids的控制。它是多子(多数载流子)器件。用跨导描述其放大能力。MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中

5、，S=Source,G=Gate，D=Drain0UfickgulcCiI)0PSI)NSI)ztLxfl(iOB.ukp.iieI)0(A)NMOS1MOSFET晶阼管的载®图：NMOS(A)和PMOS(B)NMOS和PMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。如图所示，两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L,而垂直于沟道K:度的有效源漏IX尺寸称为沟道宽度W。对于这种

6、简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用屮根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。器件的栅电极是具有一定电阻率的多品硅材料，这也是硅栅MOS器件的命名根据。在多晶硅栅与衬底之间是一层很薄的优质二氧化硅，它是绝缘介质，用于绝缘两个导电层：多品硅栅和硅衬底，从结构上看，多品硅栅-二氧化硅介质-掺杂硅衬底(Poly-Si—Si02—Si)形成了一个典型的平板电容器，通过对栅电极施加一定极性的电荷，就必然地在硅衬底上感应等量的异种电荷。这样的平板电容器的电荷作用方式正是MOS器件工作的基础。MOS晶体管的发展概况1.MOS晶体管的发展历史金属-氧化物-

7、半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)结构晶体管的发明可追溯到20世纪30年代初期。在1930年.德国科学家Lilienfeld创造性地提出了场效应晶体管的概念。之后，贝尔实验室的Shockley、Bardeen和Brattain开始尝试发明场效应晶体管。尽管这一尝试以失败告终，但最终却导致Bardeen和Brattain在1947年意外地发明了点接触双极晶体管。1949年Shockley用少子注入理论阐明了双极晶体管的工作原理，并提出了可实用化的结型晶体管概念，从而与Bardeen和Brattain分享了1956年的诺贝

8、尔物理学奖。i960年Kahng和Attala在用二氧化硅改善双极晶体管性能的过程中意外地发明