半导体器件物理II必背公式+考点摘要

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1、半二复习笔记1.1MOS结构1.费米势：禁带中心能级(EFi)与费米能级(EF)之差的电势表示2.表面势：半导体表面电势与体内电势之差，体内EFi和表面EFi之差的电势表示3.金半功函数差4.P沟道阈值电压注意faifn是个负值1.3MOS原理1.MOSFET非饱和区IV公式2.跨导定义：VDS一定时，漏电流ID随VGS变化率，反映了VGS对ID的控制能力3.提高饱和区跨导途径4.衬底偏置电压VSB>0，其影响5.背栅定义：衬底能起到栅极的作用。VSB变化，使耗尽层宽度变化，耗尽层电荷变化；若VGS不变，则反型沟道电荷变化，漏电流变化1.4频率特性1.MOSFET频率限制因素：①沟道载

2、流子的沟道运输时间（通常不是主要的限制因素）②栅电容充放电需要时间2.截止频率：器件电流增益为1时的频率高频等效模型如下：栅极总电容CG看题目所给条件。若为理想，CgdT为0，CgsT约等于Cox，即CG=Cox；非理想情况即栅源、栅漏之间有交叠，产生寄生电容：①CgdT的L为交叠部分长度②CgsT的L为L+交叠部分长度（CgsT=Cgs+Cgsp）。3.提高截止频率途径1.5CMOS1.开关特性2.闩锁效应过程2.1非理想效应1.MOSFET亚阈特性①亚阈值电流：弱反型态：势垒较低→电子有一定几率越过势垒→形成亚阈值电流②关系式：③注：若VDS>4（kT/e），最后括号部分≈1，ID

3、sub近似与VDS无关④亚阈值摆幅S：漏电流减小一个数量级所需的栅压变化量，S是量化MOS管能否随栅压快速关断的参数。⑤快速关断：电流降低到Ioff所需VGS变化量小。因此S越小越好⑥亚阈特性的影响：开关特性变差：VGS=0时不能理想关断；静态功耗增加⑦措施：提高关断/待机状态下器件的阈值电压VT（如通过衬底和源之间加反偏压，使VT增加）、减小亚阈值摆幅2.沟长调制效应（VDS↑⇒ID↑）①机理理想长沟：L`≈L，导电沟道区的等效电阻近似不变，饱和区电流饱和；实际器件(短沟)：L`

4、的绝对值越大⇒沟道长度调制效应越显著；沟道长度L越小⇒ΔL的相对值越大⇒沟道长度调制效应越显著3.迁移率变化①概念：MOSFET载流子的迁移率理想情况下：近似为常数；实际受沟道内电场的影响，迁移率非常数。VGS↑→垂直电场↑→漂移运动的电子更接近于氧化层和半导体的界面→表面散射增强，载流子的表面迁移率μ下降②影响：漏电流、跨导随栅压增加而增加的趋势减缓4.速度饱和①概念：E较低时，μ为常数，半导体载流子漂移速度v与沟道方向电场E正比；E较高时，达到一临界电场EC时，载流子漂移速度v将达到饱和速度vSat，使载流子的μ下降②影响：使电流饱和原因：③易发生情况：短沟器件，U大L小，E大，易

5、达到饱和Ec④考虑速度饱和后的饱和漏源电流⑤跨导：与偏压、沟长无关⑥截止频率：与偏压无关5.弹道输运特点：①沟道长度L<0.1μm，小于散射平均自由程②载流子从源到漏运动大部分没有一次碰撞③高速器件:不经散射的速度大于经历散射的平均漂移速度非弹道输运特点：沟道长度L>0.1μm，大于散射平均自由程；载流子从源到漏运动需经过多次散射；因经历多次散射，载流子运动速度用平均漂移速度表征2.2按比例缩小按比例缩小的参数：器件尺寸参数（L，tox，W，xj）：k倍掺杂浓度（Na，Nd）：1/k倍电压V：k倍电场E：1倍耗尽区宽度Xd：k倍电阻R（与L/W成正比）：1倍;总栅电容（与WL/tox成

6、正比）:k倍漏电流I（与WV/L成正比):k倍2.3阈值电压调整1.短沟道效应（L↓⇒VT↓）①概念：随着沟长L变短，栅压VG可控空间电荷区仅仅为下方梯形→可控耗尽层电荷占耗尽层越来越少→使得可控Qsd变小，VT下降②影响因素：a.L↓→VTN↓b.Na↑→VTN↓c.VDS>0→漏衬n+p反偏压↑→Qsd↓→VTN↓d.VSB↑→VTN↓（ΔVT绝对值更大，使VT整体减小）2.窄沟道效应（W↓⇒VT↑）概念：表面耗尽层在宽度方向将存在横向展宽现象→VGS作用下要产生中间矩形和两侧的耗尽层电荷→W越小，相同偏压VG下能用来控制下方矩形部分的电压V越少→VT随W的↓而增大3.离子注入调整

7、①原理：通过离子注入技术向沟道区注入杂质a.p型衬底表面注入受主杂质（如B）→半导体表面净掺杂浓度Na↑→/Q`SDmax/↑→表面更难以反型→VT↑b.p型衬底表面注入施主杂质（如P）→半导体表面净掺杂浓度Na↓→/Q`SDmax/↓→表面更容易反型→VT↓②离子注入关系P型衬底加入受主杂质：2.4击穿特性1.栅氧化层击穿①概念：VGS↑→氧化层电场强度Eox≥临界电场强度EB，氧化层发生介电击穿，栅衬短路，栅电流产生②影响因素：静电使栅两侧