《MOSFET北大微电子》PPT课件

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1、微电子器件与IC设计第6章MOSFET主要内容MOS结构与特性MOSFET结构与特性MOSFET工作原理I-V特性交流特性引言MOSFET引言特点单极器件、多子器件电压控制器件噪声低制作工序少，隔离容易MOSFETWBIneIncIrIpeICBOIEICIB6.1MOS结构及其特性EFEF功函数假设：金属和半导体的功函数差为零氧化层里面没有电荷而且氧化层完全不导电氧化层和半导体界面不存在任何界面态栅极上加负电压，空穴聚集P型半导体氧化绝缘层金属空穴栅极上加正电压，耗尽P型半导体氧化绝缘层金属电子耗尽层栅极正电压增大

2、，表面反型P型半导体氧化绝缘层金属电子反型层耗尽层6.1MOS结构及其特性MOS电容氧化层电容表面层电容总电容6.2MOSFET的结构及其特性1MOSFET的基本结构构成：半导体衬底、氧化层、金属栅极、源／漏扩散区。6.2MOSFET的结构及其特性MOSFET的基本结构主要的结构参数：L,W,tox,NA.6.2MOSFET的结构及其特性2、MOSFET的类型沟道中导电的载流子类型N沟道（P型衬底）P沟道（N型衬底）强反型时，导电沟道中的电子漂移运动形成电流强反型时，导电沟道中的空穴漂移运动形成电流VG＝0时，是否有

3、导电沟道增强型耗尽型VG＝0时，无导电沟道VG＝0时，有导电沟道（1）共有四种类型（2）增强型MOSFET多为P沟道型，耗尽型多为N沟道型6.2MOSFET的结构及其特性2、MOSFET的类型GDSBGDSBGDSBGDSB类型N沟道MOSFETP沟道MOSFET耗尽型增强型耗尽型增强型衬底P型N型S、D区n＋p＋沟道载流子电子空穴VDS>0<0IDS方向DSSDVT<0>0>0<0电路符号6.2MOSFET的基本结构及工作原理3、MOSFET的基本工作原理VG＝0：S、D之间只有微小的pn结反向电流。VG>0：

4、出现从栅极指向半导体的电场，表面出现耗尽层；VG增加，半导体表面出现反型层。当VDS≠0，形成漏源电流IDS。VT：VGS使半导体表面达到强反型时电压。VGS＞VT，表面出现导电通道。VDS一定，VGS越大，沟道越厚，导电电子越多，沟道电流越大。6.2MOSFET的基本结构及工作原理6.2.2、MOSFET的基本工作原理耗尽层:表面少子浓度<表面多子浓度反型层:表面少子浓度>表面多子浓度强反型:表面少子浓度≥体内多子浓度导电沟道:强反型时漏源之间形成的导电通道阈值电压VT：使半导体表面达到强反型时(ns≥p0)所需的

5、栅源电压漏极：载流子流出沟道源极：载流子流入沟道(漏源电压总是使载流子由源极流入沟道由漏极流出沟道)6.2MOSFET的基本结构及工作原理6.2.2、MOSFET的基本工作原理VDS为常数，IDS～VGSVGS＝0，IDS＝0VGS>＝VT（阈值电压）：VGS：P型－耗尽层－N反型层VGS>>0：6.3MOSFET的阈值电压6.3.2强反型ECEVEFEipEisqVsqφF6.3MOSFET的阈值电压6.3.2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：ECEVEFEipEisq

6、VsqφF6.3MOSFET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栅电极栅氧化层P型半导体QnQGQOXQB6.3MOSFET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＝02.沟道形成时的临界状态：Qn＝03.出现强反型后：xdxdmax6.3MOSFET的阈值电压6.3.4理想状态MOSFET的阈值电压理想假设条件下不考虑刚达到强反型时Qn分布在表面很薄的

7、一层内Qn<

8、MOSFET的阈值电压6.3.5实际MOSFET的阈值电压（2）NMOS：PMOS：6.3MOSFET的阈值电压6.3.5实际MOSFET的阈值电压（3）非平衡下之VTVDS>06.3MOSFET的阈值电压6.3.5实际MOSFET的阈值电压（4）衬偏电压VBS≠06.3MOSFET的阈值电压6.3.6影响阈值电压的因素（1）栅电容Cox（2）