第2章 cmos技术2new2011

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1、上一课回顾第２章ＣＭＯＳ技术２2.３MOS晶体管2.４无源元件2.５关于MOS技术的其他考虑2.６集成电路版图主要内容有源器件从MOS晶体管的基本结构出发，分析其阈值电压及基本特性（输入输出特性、转移特性等）；MOS管的二次效应；无源器件电阻／电容特性关于MOS技术的其他考虑Ｌatchup与ＥＳＤ集成电路版图设计考虑与设计规则２.３MOS晶体管结构与原理阈值电压I/V特性输入输出转移特性二阶效应MOS晶体管结构与原理MOS管结构：MOS管符号MOSFET工作原理（NMOS为例）半导体表面场

2、效应1.P型半导体P型半导体2、表面电荷减少(施加正电压)表面电荷减少3、形成耗尽层（继续增大正电压）耗尽层（高阻区）形成耗尽层4、形成反型层（电压超过一定值Vt时）反型层电子形成反型层MOS管工作原理－NMOS为例(a)由栅压控制的MOSFET；(b)耗尽区的形成；(c)反型的开始；(d)反型层的形成。MOS管工作原理(a)源和漏等电压时的沟道电荷(b)源和漏不等电压时的沟道电荷费米能级Ｐ型与Ｎ型半导体的能带图平衡时，费米能级处处相等阈值电压Ｖ的功能Ｔ１、克服接触电势（功函数）２、克服衬底表面电荷３、克服sio2介

3、质上的压降４、形成反型层阈值电压的分析NMOS管示意图有关公式2qNxAd功函数差φS−φF=2εsiNAＰ型半导体φF=−VtlnniNＮ型半导体φ=VlnDFtni固定电荷Q=-qNx=-2qNεφ−φAdAsisFQ=2qNε−2φ强反型时boAsiF考虑衬底效应Q=2qNε−2φ+vbAsiFSBTheNMOSTransistorThechargedensityofthedepletionregionρ=qN()−AFromtheelectricalfieldtheoryρ−−qNqNEx()=∫∫dx=AAdx

4、=xC+εεε−qNDuetotheinitialconditionEx()0==AxC+ddεqNEx=A(xx−)()dεDuetotherelationshipofthepotentialandtheelectricalfieldqNdφ=−=Exdx()−−A(xxdx)Theequilibriumfermipotential∫∫∫dεSiφFxd2qNqNxdφ=−A()x−=xdx−=−Adφφ∫∫dFSεε2φ0SiSiS1/2Thesurfacepotential2εφφ−SiSFx=Thewidt

5、hofthePNjunctiondqNATheNMOSTransistor1/22εφφ−SiSFFromx=dqNAWecanderivethatthechargeindepletionregion(unitarea)1/22εφφ−SiSFQ≅−qNx=−qN=−2qNεφφ−AdAASiSFqNAForstronginversionφturnfromφφto−thenSFFQ≅−22qNεφ−b0AFSiIfthereexistssource-substratrevoltage,thenQ

6、≅−22qNεφ−+vbASiFSBTheNMOSTransistorTosatisfythestronginversioncondition,theexternalvoltageshouldbeadded(thethresholdvoltage)Q−−QQQQQV=+φ−−+22φbSS=−−−−φφb00SSbbTMSFMSFCCCCCOXOXOXOXOXVVT=+T0γφ(−+−−22FvSBφF)QQV=−−−φφ2b0SSBodyeffectcoefficientWhereT

7、0MSFCCOXOXφφMS=F(Substrate)−φF(Gate)2qNεSiABodyeffectcoefficientγ=COX第19页TheNMOSTransistorExample2.3-1Findthethresholdvoltageandbodyfactorγforann-channeltransistorwithann+silicongateiftox=200Å,NA=3×1016cm-3,gatedoping,ND=4×1019cm-3,andifthepositively-chargedionsat

8、theoxide-siliconinterfaceperareais1010cm-2.Theintrinsicconcentrationis1.45×1010cm-3,so10-3n1.4510×cmiφFt(Substrate)=Vln=26mVln16-3=−0.377VN3