MOSFET 参数理解及其主.ppt

《MOSFET 参数理解及其主.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、MOSFET参数理解及其主要特性信息显示与光电技术1040730111唐戈1）阈值电压VT：对于增强型MOSFET，阈值电压就是开启电压；对于耗尽型MOSFET，阈值电压就是截止电压。阈值电压不同于沟道夹断电压，阈值电压是控制沟道有无的一个栅极电压；而夹断电压是在出现沟道的情况下，使沟道的一部分（靠漏极端处的一部分）发生夹断、所需要的源-漏电压——往往称为MOSFET的饱和电压。MOS的阈值电压与衬底的掺杂浓度NA、氧化层电容Cox（即与氧化层厚度和介电常数）、温度T、栅极金属-半导体功函数差Fms、有效界面

2、电荷Qf以及衬偏电压VBS等有关：式中衬偏系数是表征衬偏电压引起阈值电压增大效果的一个参数（g越小越好）；[Fms-Qf/Cox]统称为平带电压。对于增强型MOSFET，提高衬底掺杂浓度，将增大阈值电压；提高温度，将降低阈值电压（即阈值电压具有负的温度系数）；减小金属-半导体功函数差和界面电荷，将有利于控制阈值电压。2）跨导gm：MOSFET的跨导有栅极跨导和衬底跨导两个不同概念的参数。①栅极跨导gm：是表征栅-源电压对于输出漏极电流控制作用强弱的一个重要的参数，它反映了器件的小信号放大性能，希望越大越好。栅

3、极跨导与MOSFET的增益因子β=WμCox/L成比例，高跨导即要求大的栅极宽长比（W/L）、高的载流子迁移率μ和大的栅氧化层电容（即大的栅绝缘膜介电常数）。线性区的栅极跨导与源漏电压VDS成正比：gm∝βVDS饱和区的栅极跨导最大，与饱和电压(VGS-VT)成正比：gmsat∝β(VGS-VT)若把饱和区的栅极跨导改写为与饱和电流的关系，则在不同条件下具有不同的形式。对于已经制作好的MOSFET，有gmsat∝(IDsat)1/2这时可以通过增大饱和电流来提高跨导。对于将要设计的MOSFET，有gmsat∝

4、IDsat/(VGS-VT)∝(IDsat)1/2据此即可根据饱和电压或者饱和电流的要求来设计器件的结构和材料参数。②衬底跨导：是表征衬偏电压对源-漏电流控制能力大小的一个参数，也称为背栅跨导。MOSFET的衬偏电压引起沟道电阻增大、源-漏电流降低和栅极跨导减小等一系列的现象，统称为衬偏效应，这种效应也就相当于一个JFET的功能，希望越小越好。3）击穿电压：MOSFET的击穿电压将限制着器件的最高工作电压，并与最大工作电流和最大耗散功率一起，共同决定着器件安全工作区的范围。MOSFET的击穿型式有四种：漏区p

5、-n结雪崩击穿、沟道雪崩击穿、栅极氧化层击穿和源-漏穿通引起的击穿。在短沟道情况下，可能是沟道雪崩击穿和源-漏穿通起主要作用。1、漏区-衬底p-n结的雪崩击穿：该p-n结是一个单边突变结，实际上MOSFET的源-漏击穿电压（BVDS）往往远低于此单边突变结的击穿电压，这是由于栅极与漏极覆盖部分的电场较强的缘故。因此，源-漏雪崩击穿电压主要决定于栅-漏电极覆盖部分的状况。2、源-漏穿通：对于短沟道MOSFET，当源-漏电压增大，使得漏极p-n结耗尽层展宽到与源极p-n结的耗尽层相重叠（连通）时，就发生了源-漏

6、穿通，并将形成很大的源-漏输出电流（为空间电荷限制电流，与源漏电压的平方成正比）；这时的源-漏电压即为穿通电压。若此穿通电压低于其它的击穿电压时，则它就起着限制器件最高工作电压的作用——类似击穿电压。穿通电压VPT与衬底掺杂浓度NA和沟道长度L有关：VPT∝NAL2掺杂浓度越低、沟道长度越短，穿通电压也就越低。3、栅-源击穿：MOSFET的栅-源击穿也就是栅氧化层的击穿，这是一种破坏性的不可逆击穿。这种击穿即决定了栅-源击穿电压BVGS。短沟道器件的氧化层厚度很薄（一般约为沟道长度的50分之一），则较容易发

7、生栅-源击穿。SiO2层的临界击穿电场为5×106~10×106V/cm，但考虑到SiO2质量的分散性，则在设计氧化层厚度时即需要留有50%的安全系数。当器件端头积累有静电电荷、并通过内部产生放电（ESD）时，也容易引起栅-源击穿。在IC芯片中往往需要采取一定的防止ESD破坏的措施。4）饱和电压VDsat：MOSFET的饱和电压就是输出源-漏电流饱和时所对应的源-漏电压。源-漏电流饱和的状态也就是沟道在靠近漏极端处夹断了的状态。对于增强型MOSFET，源-漏电压VDS<(VGS-VT)时一定是非饱和状态（沟

8、道未夹断），否则在VDS≥(VGS-VT)时一定为饱和状态（沟道夹断）；饱和电压就是VDsat=(VGS-VT)。对于耗尽型MOSFET，其饱和电压为VDsat=(VT-VGS)。MOSFET的饱和电压即可给出一定栅极电压下的最大输出电流——饱和电流：饱和电压(VGS-VT)的大小将直接影响到MOSFET的电压增益KVsat、截止频率fT和沟道渡越时间tch：KVsat∝L/(VGS-VT)f