半导体物理与器件 第4章_MOS场效应晶体管分解课件.ppt

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1、MOS场效应晶体管MOSFieldEffectTransistorMetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor4.1MOS管的结构、工作原理和输出特性4.1.1MOS场效应晶体管的结构4.1.2基本工作原理和输出特性4.1.3MOS场效应晶体管的分类4.2MOS场效应晶体管的阈值电压4.2.1MOS管阈值电压的定义4.2.2MOS管阈值电压的表示式4.2.3非理想条件下的阈值电压4.2.4影响阈值电压的其他因素4.2.5阈值电压的调整技术4.3MOS管的直流电流-电压特性4.3.1MOS管线性区

2、的电流-电压特性4.3.2MOS管饱和区的电流-电压特性4.3.3亚阈值区的电流-电压特性4.3.4MOS管击穿区特性及击穿电压4.4MOS电容及MOS管瞬态电路模型4.4.1理想MOS结构的电容-电压特性4.4.2MOS管瞬态电路模型-SPICE模型4.5MOS管的交流小信号参数和频率特性4.5.1MOS场效应管的交流小信号参数4.5.2MOS场效应晶体管的频率特性4.6MOS场效应晶体管的开关特性4.6.1MOS场效应晶体管瞬态开关过程4.6.2开关时间的计算4.7MOS场效应晶体管的二级效应4.7.1非常数表面迁移率效应4.7.2体电荷

3、效应对电流-电压特性的影响4.7.3MOS场效应晶体管的短沟道效应4.7.4MOS场效应晶体管的窄沟道效应4.8MOS场效应晶体管温度特性4.8.1热电子效应4.8.2迁移率随温度的变化4.8.3阈值电压与温度关系4.8.4MOS管几个主要参数的温度关系场效应管：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管;一种载流子参与导电，又称单极型(Unipolar)晶体管。原理：利用改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导电能力而实现放大作用;第四章MOS场效应晶体管双极晶体管：参加工作的不仅有少数载流子，也有多数载流子，故统称为双极晶体管特点

4、单极型器件(靠多数载流子导电)；输入电阻高：可达1010(有资料介绍可达1014）以上、抗辐射能力强；制作工艺简单、易集成、热稳定性好、功耗小、体积小、成本低。OUTLINE4.1MOS场效应晶体管结构、工作原理和输出特性栅极Al(Gate)源极(Source)漏极(Drain)绝缘层SiO2(Insulator)保护层表面沟道(Channel)衬底电极(Substrate)OhmiccontactMOS管结构两边扩散两个高浓度的N区形成两个PN结以P型半导体作衬底通常，MOS管以金属Al(Metal)SiO2(Oxide)Si(Se

5、micond-uctor)作为代表结构基质：硅、锗、砷化镓和磷化铟等栅材：二氧化硅、氮化硅、和三氧化二铝等制备工艺：MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极。结构：环形结构、条状结构和梳状结构基本结构参数----电容结构沟道长度沟道宽度栅绝缘层厚度tOX扩散结深衬底掺杂浓度NA+表面电场MOSFETFundamentalsD-S间总有一个反接的PN结产生垂直向下的电场MOS管工作原理栅压从零增加，表面将由耗尽逐步进入反型状态，产生电子积累。

6、当栅压增加到使表面积累的电子浓度等于或超过衬底内部的空穴平衡浓度时，表面达到强反型，此时所对应的栅压称为阈值电压UT。感应表面电荷吸引电子电场排斥空穴正常工作时的偏置强反型时，表面附近出现的与体内极性相反的电子导电层称为反型层——沟道，以电子导电的反型层称做N沟道。感应表面电荷一种典型的电压控制型器件电流通路——从漏极经过沟道到源极UGS=0,UDS≠0，漏端PN结反偏，反偏电流很小——器件截止UGS≠0,UDS≠0，表面形成沟道，漏区与源区连通，电流明显；——器件导通zeroappliedbias源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，IDS=

7、0分析：漏-源输出特性下面分区讨论各区的特点曲线与虚线的交点为“夹断点”夹断区(截止区)恒流区(放大区或饱和区)预夹断轨迹可变电阻区击穿区（1）截止区特性（UGS

8、成漏-源电流IDS。UGS增大，反型层厚度亦增厚，因而漏-源电流线性增加。表面形成反型层时，反型层与衬底间同样形成PN结，这种结是由表面电场引起的;——场感应结UD