半导体器件原理

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1、半导体器件原理主讲人：仇志军本部物理楼435室55664269Email:zjqiu@fudan.edu.cn助教：肖凡杰fanjiexiao@fudan.edu.cn134824995031第三章MOSFET的基本特性3.1MOSFET的结构和工作原理3.2MOSFET的阈值电压3.3MOSFET的直流特性3.4MOSFET的频率特性3.5MOSFET的开关特性3.6MOSFET的功率特性23.1.1MOSFET简介3.1MOSFET的结构和工作原理1Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorG

2、SD33.1.1MOSFET简介MOSFETvsBJTMOSFETBJT电场调节作用（EID）少子注入扩散收集多子作用（多子器件）少子作用（少子器件）一种载流子（单极）两种载流子（双极）输入阻抗高（MOS绝缘体>109）输入阻抗低（pn结正偏，共射~k）电压控制器件电流控制器件噪声低，抗辐射能力强~少子~Nit工艺要求高（~Qss）工艺要求低频率范围小，功耗低高频，大功率集成度高集成度低3.1MOSFET的结构和工作原理243.1.1MOSFET简介晶体管发展史1o提出FET的概念J.E.Lilienfeld（1930专利

3、）O.Heil（1939专利）2oFET实验研究W.Shockley（二战后）3oPoint-contacttransistor发明J.BardeenW.H.Brattain（1947）4o实验室原理型JFET研制成功Schockley（1953）5o实用型JFET出现（1960）6oMOSFET出现（1960）7oMESFET出现（1966）3.1MOSFET的结构和工作原理353.1.2MOSFET的结构3.1MOSFET的结构和工作原理463.1.3MOSFET的基本工作原理ID当VG>VT时ID:0B3.1MOSFET的结构和工作原理

4、573.1.4MOSFET的分类和符号NMOSPMOS增强型耗尽型增强型耗尽型衬底pnS/Dn+p+载流子电子空穴VDS+IDSDSSD载流子运动方向SDSDVT++符号GDBSGDBSGDBSGDBS3.1MOSFET的结构和工作原理683.1.5MOSFET的输出特性和转移特性1.输出特性线性区饱和区击穿区IDS~VDS（VGS为参量）NMOS（增强型）输入G输出SSD3.1MOSFET的结构和工作原理793.1.5MOSFET的输出特性和转移特性1.输出特性3.1MOSFET的结构和工作原理8NMOS（增强型）NMOS（耗尽型

5、）PMOS（增强型）PMOS（耗尽型）103.1.5MOSFET的输出特性和转移特性2.转移特性3.1MOSFET的结构和工作原理9IDS~VGS（VDS为参量）NMOS（增强型）输入G输出SSDIDS113.1.5MOSFET的输出特性和转移特性2.转移特性3.1MOSFET的结构和工作原理10NMOS（增强型）NMOS（耗尽型）PMOS（增强型）PMOS（耗尽型）IDSIDSIDSIDS12第三章MOSFET的基本特性3.1MOSFET的结构和工作原理3.2MOSFET的阈值电压3.3MOSFET的直流特性3.4MOSFET的频率特性3.5M

6、OSFET的开关特性3.6MOSFET的功率特性133.2.1半导体的表面状态3.2MOSFET的阈值电压1VG=?143.2.2阈值电压的表达式3.2MOSFET的阈值电压2不考虑msQssQox时考虑msQssQox时VFB0其中功函数差接触电势差153.2.2阈值电压的表达式3.2MOSFET的阈值电压3n沟MOS（NMOS）p沟MOS（PMOS）163.2.3影响VT的因素3.2MOSFET的阈值电压41.功函数差ms的影响金属MgAlNiCuAuAgn+-polyp+-polyWm(eV)3.354.14.554.75.05.1

7、4.055.15(1)金属功函数Wm(2)半导体功函数Ws=p型n沟MOSn型p沟MOSn-Sip-SiND(cm3)101410151016NA(cm3)101410151016Ws(eV)4.324.264.204.824.884.94173.2.3影响VT的因素3.2MOSFET的阈值电压51.功函数差ms的影响(3)Al栅工艺/硅栅工艺自对准多晶硅栅工艺Self-aligned(P-Si)(N-Si)183.2.3影响VT的因素3.2MOSFET的阈值电压51.功函数差ms的影响N-MOSFET多晶硅栅MOSFET193.2.3影

8、响VT的因素3.2MOSFET的阈值电压61.功函数差ms的影响P-MOSFET多晶硅栅MOSFET203.2.3影响VT的因素3.2