场效应晶体管ppt课件.ppt

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1、半导体器件原理南京大学课堂练习1。7.3如图所示的晶体管，栅压要改变多少才能使衬底反型？阈值电压是多少？假设外加电压一半降在氧化层上，一半降在半导体上。如果图中的的晶体管处于热平衡态，那么这个器件是何种类型？2。7.5对于一个用简并掺杂n型硅栅制作的NFET,如果希望不加栅压时就存在沟道，p型衬底的掺杂浓度是多少？假设内建电势差一半降在氧化层上，一半降在硅上，“沟道存在”的定义是硅表面反型层，即在Si/SiO2界面处的电子浓度等于p型硅体内的空穴浓度。所求出的掺杂浓度是形成耗尽型器件所需要的最小掺杂浓度，还是最大掺杂浓度？3。7.11一个增强型NFET

2、，参数如表一所示(ulf=500cm2/VS,tox=4nm;Cox’=8.6*10-7F/cm2)，阈值电压VT=1V,沟道长度1um，宽度5um，考虑速度饱和效应，vsat=5*106cm/s,求下列情形下的电流ID(1)VGS=0V,VDS=1V;(2)VGS=2V,VDS=1V;(3)VGS=3V,VDS=1V半导体器件原理南京大学长沟道MOSFETs的沟道调制半导体器件原理南京大学短沟道效应速度饱和效应沟道调制效应源漏串联电阻MOSFET击穿沟道长度减小，导致电流增大，而本征电容变小。7.4短沟道MOSFETs(8.7,P357)半导体器件原

3、理南京大学1。短沟道效应：阈值电压的减小，必须保证芯片上最小沟道长度器件的阈值电压不会太小。短沟道MOSFET中，耗尽层厚度宽于长沟道器件。漏源距离与MOS耗尽层宽度相当，使源漏电势对能带的弯曲有较大的影响。半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学（1）二维电势等高线和电荷共享模型半导体器件原理南京大学长短沟道器件的区别半导体器件原理南京大学电荷共享模型（离化固定电荷）半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学（2）势垒降低短沟道器件中，源及漏的电场穿透进沟道中央，降低了漏源之间的势垒，引起亚阈值电流的增加，导致阈值电压的下降。漏电压的增加引

4、起的势垒进一步降低和最高势垒点向源端的偏移，导致阈值电压的继续下降。（DIBL效应）长沟道中亚阈值电流不依赖于漏电压，短沟道中高漏电压则使亚阈值电流发生平行偏移。过短沟道器件中则使亚阈值斜率的减小并最终导致栅压失去控制。半导体器件原理南京大学表面势和侧向距离的关系长短沟道器件的区别半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学（3）二维泊松方程和横向电场穿透离化受主分为纵向电场控制和横向电场控制两部分。长沟道器件中第二部分可忽略，而短沟道器件中则变得显著。同样高漏电压也会提高横向电场，并使零电场点移向源端。半导体器件原理南京大学纵向电场和侧向距离的

5、模拟关系半导体器件原理南京大学横向电场的增加，使受源漏电压控制的耗尽电荷密度增大，而受栅压控制的耗尽层宽度变大，但积分电荷密度减小，导致阈值电压的下降。半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学（4）短沟道阈值电压的表达式（扩散电流为主）半导体器件原理南京大学（4）短沟道阈值电压的表达式（扩散电流为主）与长沟道器件相比：为避免过量的短沟道效应，CMOS器件中衬底或阱里的掺杂必须保证最小的沟道长度是Wdm的两到三倍，或大于源与漏端的耗尽层宽度之和。半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学2。速度饱和半导体器件原理南京大学2。速度饱和：短沟道器件的

6、漏电流由于速度饱和效应而在一较小的电压下就已饱和（而不是由于夹断）半导体器件原理南京大学（1）速度电场依赖关系半导体器件原理南京大学（2）n=1时对空穴的分析解半导体器件原理南京大学Ids为常数半导体器件原理南京大学（3）饱和漏电压和漏电流：dIds/dVds=0对长沟道情形对L0情形（薄层电荷近似）随沟道长度的减小而降低半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学（4）速度饱和时的夹断点漏端横向电场达到很大，类似与长沟道中的情形，载流子不在限制在表面沟道层中。（5）过饱和速度在高场或陡峭的空间电势变化时，载流子不再与硅的晶格处在热平衡状态，从而超过

7、过饱和速度：热载流子半导体器件原理南京大学3。沟道长度调制饱和电流继续增加的两个原因：短沟道效应与沟道长度调制（1）饱和点以上的漏电流：饱和点向源端移动，饱和点与源端之间一维近似仍然成立。载流子在饱和点与漏端之间以饱和速度运动，直至漏端（二维）。半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学（2）速度饱和区的准二维模型饱和点附近的一维高斯定理纵向电场逐步减小半导体器件原理南京大学半导体器件原理南京大学电流连续要求电荷为常数，类似与短沟道效应，只是耗尽电荷换成了可移动电荷。（由栅压控制转为漏电压控制）。半导体器件原理南京大学由于横向电场与纵向电场相比变得显

8、著，电荷的运动逐渐离开了表面。半导体器件原理南京大学（3）漏区的峰值电场V（y=L）=Vds