半导体器件物理-MOSFET2.ppt

《半导体器件物理-MOSFET2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、西安电子科技大学XIDIDIANUNIVERSITY第四章MOS场效应晶体管MOSFET结构和基本工作原理2021/10/51场效应器件物理2021/10/5XIDIANUNIVERSITY4.1MOSFET结构MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductorfield-effecttransistorMOS器件：四端器件，G、S、D、B一般情况下，VBS=0，则成为三端器件与JFET相比：控制栅为MOS结构源、漏掺杂与类型与衬底相反简单看作：MOS电容和两个背靠背PN结构成2021/10/54.1MOSFET结构MOS电容：外加VG，氧化层

2、下方半导体表面形成强反型层，连接SD区强反型层------MOSFET的导电沟道VDS在沟道上产生电场，载流子从源漂移到漏，被漏极收集形成ID重要参数：沟道长度L：栅氧下方源漏之间半导体的长度.沟道宽度W：与沟长垂直的水平方向的源漏区宽度栅氧厚度tox2021/10/54.1MOSFETMOSFET分类(1)n沟道MOSFET：NMOSP衬，n型反型层，电子导电VDS>0,ID>0p沟道MOSFET：PMOSN衬，p型反型层，空穴导电VDS<0,ID<0按照沟道载流子的导电类型分:每种器件只有一种载流子参与导电——单极性器件2021/10/54.1MOSFE

3、TMOSFET分类(2)0栅压是否存在反型沟道分：n沟耗尽型MOSFET零栅压时已存在反型沟道，VTN<0加栅压VGS0，加栅压VGS>VTN,沟道开启思考：不进行专门的N型掺杂，能否形成耗尽型NMOS？2021/10/54.1MOSFETMOSFET分类(3)p沟增强型MOSFET零栅压时不存在反型沟道VTP<0加栅压VGS0加栅压VGS>VTP,沟道关闭4.1MOSFETMOSFET分类（4）四种类型MOS晶体管的电

4、路符号n沟、p沟的箭头：衬底与沟道之间可形成的场感应pn结的正偏方向耗尽型：代表沟道区的线为实线，即VGS=0时已存在沟道增强型：代表沟道区的线为虚线，即VGS=0时不存在沟道4.1MOSFETMOSFET分类（5）四种类型MOS晶体管的的偏置条件4.1MOSFETMOSFET的阈值电压VBS=0，即衬底接地；VGS即为中间MOS电容两侧电势差MOS电容VT：MOS电容半导体表面是否强反型的临界电压，强反型层-MOSFET的导电沟道VGS＜VT：半导体表面未形成强反型层，导电沟道未形成，器件截止VGS>VT：半导体表面形成强反型层，导电沟道形成，器件导通MO

5、SFET的阈值电压VT：表面刚刚产生沟道所需的栅源电压沟道内可动电荷Qn，面电荷密度Q`n=COX(VGS-VT)：只有VGS大于>VT，表面才产生导电沟道，根据电容电压电荷关系得Q`n2021/10/5n沟增强型4.1MOSFETI-V定性分析偏置特点：VBS=0,源衬短接；VGS>VT,沟道形成；VDS≥0，形成漏极电流ID，造成沟厚不等厚：VDS≥0→沟道中从源到漏电位不断增大→沟道上一点X，VXS，X从S往D移动，VXS↑,VGX(=VGS-VXS)↓→VGX>VT,X点处才形成沟道,反型层可动电荷Q`n(x)=COX(VGX-VT)，→X从S往D移

6、动，Q`n(x)不断↓，源端Q`n(0)最大，漏端Q`n(L)最小沟道面电荷密度不相等可等效为沟道截面积不相等2021/10/5n沟增强型2021/10/54.1MOSFETID随VDS的变化(1)线性区VDS＜＜VDS(sat),VDS对Vox的抵消作用可忽略→反型层和耗尽层近似均匀→沟道等效电阻不变→ID∝VDS（线性区）2021/10/54.1MOSFETID随VDS的变化(2)过渡区脱离线性区后，VDS↑,VDS对Vox的抵消作用不可忽略→沟道厚度不等→沟道等效电阻增加→ID随VDS的增长率减小（过渡区）2021/10/54.1MOSFETID随VD

7、S的变化(3)饱和点饱和点：沟道夹断点X：反型层电荷密度刚好≈0→VGX=VT,→VGS-VXS=VT→VXS=VGS-VT=VDS(sat)→2021/10/54.1MOSFETID随VDS的变化(4)饱和区原沟道区：导电沟道区和夹断区。电流被夹断了吗？导电沟道区可导电，又有电势差，所以有电流，根据电流连续性原理，整个器件的电流仍存在，大小由导电沟道区决定漂移到夹断点的电子在夹断区大电场的作用下被扫向漏极，形成ID长沟MOSFET，L变化可略，导电区形状和该区上压降不变，ID保持刚夹断时的IDS(sat)不变，即饱和区内ID不随VDS的增加而增加击穿区：V

8、DS再继续↑→漏极和衬底之间PN结反偏电压过大→导致