MOS器件物理基础.ppt

《MOS器件物理基础.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Chapter2MOS器件物理基础本章内容MOSFET的I-V特性MOSFET的二级效应MOSFET的结构电容MOSFET的小信号模型9/9/20212绝缘栅型场效应管MOSFET绝缘栅型增强型(常闭型)耗尽型(常开型)N沟道P沟道N沟道P沟道InsulatedGateFieldEffectTransistorMOS管：MetalOxideSemiconductor利用栅源电压的大小控制半导体表面的感生电荷的多少，从而改变沟道电阻，控制漏极电流的大小。9/9/20213N沟道增强型MOSFET1.结构9/9/202142.工作原理②③耗尽层加厚uGS增加反型层

2、吸引自由电子栅极聚集正电荷排斥衬底空穴剩下负离子区耗尽层①漏源为背对的PN结无导电沟道即使开启电压：沟道形成的栅－源电压。(1)对导电沟道的影响.++++++++++++++++++9/9/20215(2)对的影响.①②③线性增大沟道从s-d逐渐变窄沟道预夹断夹断区延长几乎不变恒流区9/9/202163.特性曲线与电流方程9/9/20217FET放大电路的动态分析一、FET的低频小信号等效模型9/9/20218gm与rds的求法9/9/20219gm与rds的求法9/9/202110二、基本共源放大电路的动态分析9/9/2021112.1

3、MOSFET的基本概念2.1.1MOSFET开关阈值电压是多少？当器件导通时，漏源之间的电阻有多大？这个电阻与端电压的关系是怎样的？总是可以用简单的线性电阻来模拟漏和源之间的通道？器件的速度受什么因素限制？9/9/2021121.MOSFET的三种结构简图图2.1NMOSFET结构简图2.1.2MOSFET的结构9/9/202113图2.2PMOSFET结构简图9/9/202114图2.3CMOSFET的结构简图9/9/2021152.MOSFET结构尺寸的通用概念W:gatewidthLdrawn(L):gatelength(layoutgatelength)L

4、eff:effectivegatelengthLD:S/DsidediffusionlengthW/L:aspectratioS,D,G,B:source,drain,gate,body(bulk)9/9/2021163.MOSFET的四种电路符号GDSBGSDBNMOSPMOS(d)9/9/2021172.2MOS的I/V特性2.2.1.阈值电压先看MOS器件的工作原理:以NMOS为例来分析阈值电压产生的原理.(a)VGS=09/9/202118●在(a)图中，G极没有加入电压时，G极和sub表面之间，由于Cox的存在，构成了一个平板电容，Cox为单位面积的栅氧

5、电容;(b)VGS>0(c)●在栅极加上正电压后，如图(b)所示，P-sub靠近G的空穴就被排斥，留下了不可动的负离子。这时没有导电沟道的形成，因为没有可移动的载流子，G和衬底间仅形成了氧化层电容和耗尽层电容的串连,如图(c)所示。9/9/202119●（d）当VG继续增加，界面电势达到一定值时，就有电子从源极流向界面并最终到达漏极，导电沟道形成，晶体管打开。如图（d）所示。这时，这个电压值就是“阈值电压”－.(d)功函数差费米势,MOS强反型时的表面势为费米势的2倍耗尽区电荷(2.1)9/9/202120PMOS器件的导通:与NFETS类似,极性相反.9/9/2

6、021212.2.2I/V特性推导Iv我们用一个电流棒来辅助理解电流的概念.当沿电流方向的电荷密度为Qd(C/m)的电荷以速度v沿电流方向移动时,产生的电流为(2.2)9/9/202122●NMOS沟道的平板电容近似与沟道电荷分布若将MOS结构等效为一个由poly-Si和反型沟道构成的平板电容。对均匀沟道，当VD=VS=0时，宽度为W的沟道中，单位长度上感应的可移动电荷量为式中Cox为栅极单位面积电容，WCox为单位长度栅电容.(2.3)9/9/202123如果从S到D有一电压差VDS，假设平板电容在L方向上x点的电位为V(x),如上图所示则有:(2.4)●电荷漂

7、移速度：漂移速度driftspeed：迁移率mobility：电场强度electricfield(2.5)9/9/202124综合(2.2)-(2.5)有(2.6)边界条件两边积分可得沟道中电流是连续的恒量，即有：9/9/202125＊分析：令,求得各抛物线的极大值在点上，且相应各峰值电流为:(2.7)VGS-VTH为过驱动（overdrive）电压，只有过驱动电压可以形成反型层电荷。时，器件工作在“三极管区”.9/9/202126MOS器件作为逻辑工作和模拟开关，或小值线性电阻运用时，都会工作于深Triode区。此时VGS较大，MOS管的VDS很小，若满足：2.

8、2.3MO