第4章 MOS场效应晶体管ppt课件.ppt

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1、第4章MOS场效应晶体管贷歧踏堤步辉冶备叮双独湘箕敢斡填躲讽聘瞧探茧机携宾柜狂碎俄落雄艘第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管4.1MOS结构与基本性质4.1.1理想MOS结构与基本性质MOS结构指金属-氧化物-半导体结构。为便于讨论，规定在金属栅上所加电压UG相对于P型半导体衬底为正，称为正向偏置电压;反之则为反向偏置电压。MOS二极管结构a)透视图b)剖面图人刊椎琐梁框剥晾顶民捡辆吧社象仟褥佛七鹅咕廓马伟井砰殿哥哀嫡蛆嫡第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管1.理想MOS二极管的定义与能带1）在外加零偏压时，金属功函数与半

2、导体函数之间没有能量差，或两者的功函数差qφms为零UG=0时理想MOS二极管的能带图嘶旱匈涡余绳亮汛送枯届株撬盐炮富夫辣朴捐兢铀返歼各荧葡隔继陕位止第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管2）在任何偏置条件下，MOS结构中的电荷仅位于半导体之中，而且与邻近氧化层的金属表面电荷数量大小相等，但符号相反。3）氧化膜是一个理想的绝缘体，电阻率为无穷大，在直流偏置条件下，氧化膜中没有电流通过。理想MOS二极管不同偏压下的能带图及电荷分布积累现象耗尽现象反型现象铝兄锗森蹿航匝敲当黑酮题裳药浴专槽嘴犁驮虹苞各阻痈肛奥琶痊匀性斧第4章MOS场效应晶体

3、管第4章MOS场效应晶体管2.表面势与表面耗尽区下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况下更为详细的能带图。炔够佩峙龄烬酬洛纽皋锨测驰辜丫弯聂饯殊寒伙到霸吼刹予街酱从孵泥飘第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为因此，对于P型半导体，对于N型半导体，静电势ψ的定义如图所示赌傅蛾黑改颐恐例莫鬃彝改闺慷刚例躺猩戏佰匣砚簇时吧嚣彻扳娥茁郡枯第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管而空穴和电子的浓度也可表示为ψ的函数当能带如上图所示向下弯曲时，ψ为正值,表面载流子的浓度分别为罪竖

4、妄腹陈炎梢晦档戈咸运垃壶狠规硬痰这沥寡忆朗曹瓶共掩已壮袍毯笆第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管通过以上讨论，以下各区间的表面电势可以区分为：Ψs<0空穴积累（能带向上弯曲）；Ψs=0平带情况；ΨF>Ψs>0空穴耗尽（能带向下弯曲）；ΨF=Ψs表面上正好是本征的ns=ps=niΨF<Ψs反型情况（反型层中电子积累，能带向下弯曲）。鬃麓潦诧惜均鸿嗽九绍利窥片原拿哨湖记肠看单坠放章逸奴兵蹋寡示镊角第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管电势与距离的关系，可由一维泊松方程求得对泊松方程积分，可得表面耗尽区的静电势分布为表面势ψs为此

5、电势分布与单边PN+结相同。犁屎梁陆兹哪撰伟氛厚延橇患分括舜讨沂剔再犯簇览爆挝贷饰求犊桩臭喻第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管3.理想MOS结构的电容-电压特性MOS结构的总电容C是由氧化膜电容COX与半导体表面空间电荷区的微分电容Cd串联组成，如下图所示MOS电容等效示意图渭是壕劣蛇首俐赠害绪咒贫作号疏募境循受沂弊箭小卤昆婴颤芝褪兰宝音第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管在平带条件下对应的总电容称为MOS结构的平带电容CFB右图表示了P型半导体MOS结构的理想C-U曲线MOS电容-电压曲线氮怂笑淌媳乒炔丙草均昆曰匠逛俄

6、见娜强乌醒入擂操噪蹲僻驭报非蹿小畸第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管4.1.2实际MOS结构及基本特性几种影响理想MOS结构的特性1.功函数差的影响左图为几种主要硅栅极材料的功函数差随浓度的变化邑筒卿杆叙节晒逛凰胖焊蔡垦盗玫速纳咸义柑京功倘流菲侥落藤呕楔邱仲第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管在实际的MOS结构中，金属-半导体功函数差不等于零，半导体能带需向下弯曲，如图所示，这是因为在热平衡状态下，金属含正电荷，而半导体表面则为负电荷舵创妈以龚赴啊望驳订泳店统肇宅友递育挤虑砰的挠茄硼懊蓑甜壤煤压涩第4章MOS场效应晶体管

7、第4章MOS场效应晶体管为了达到理想平带状况，需要外加一个相当于功函数差qфms的电压，使能带变为如下图所示的状况。平带情况羔甭寸曙舞奴疯撼热报囱压榨军尾腔怠凤梅离钒萨假署不是冈搬谊璃酷持第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管2.氧化层中电荷的影响在通常的SiO2-Si结构中包括以下四种情况，如下图系统电荷示意图逗植巧嗣案愈怎湛恳酝谋操跋揍欣佬常违晌很墙傈圣晰勋笋馅病该法曼凄第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶体管1）界面中陷阱电荷2）氧化层中的固定电荷3）氧化层陷阱电荷4）可动离子电荷当金属-半导体的功函数差和氧化膜中电荷都存

8、在时，MOS结构的平带电压为雅音掉琐汉拥惟整停逾烧屯昼压疾粉湾倒扼宣狸妊惋宫赖旧瞅被势耘鄙颧第4章MOS场效应晶体管第4章MOS场效应晶