《MOS场效应晶体管》PPT课件

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1、微电子器件原理第七章MOS场效应晶体管第七章MOS场效应晶体管§7.1基本工作原理和分类§7.2阈值电压§7.3I-V特性和直流特性曲线§7.4击穿特性§7.5频率特性§7.6功率特性和功率MOSFET结构§7.7开关特性§7.8温度特性§7.9短沟道和窄沟道效应2§7.1MOSFET基本工作原理和分类一、MOSFET的基本结构二、MOSFET的基本工作原理三、MOSFET的分类3§7.1MOSFET基本工作原理和分类一、MOSFET的基本结构N沟道增强型MOSFET结构示意图4§7.1MOSFET基本工作原理和分类一、MOSFET的基本结构56§7

2、.1MOSFET基本工作原理和分类一、MOSFET的基本结构7§7.1MOSFET基本工作原理和分类8§7.1MOSFET基本工作原理和分类二、MOSFET的基本工作原理MOSFET的基本工作原理是基于半导体的“表面场效应”当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压0＜VGS＜VT时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不足以形成漏极电流ID。

3、9§7.1MOSFET基本工作原理和分类二、MOSFET的基本工作原理10§7.1MOSFET基本工作原理和分类二、MOSFET的基本工作原理栅源电压对沟道的影响11§7.1MOSFET基本工作原理和分类二、MOSFET的基本工作原理漏源电压对沟道的影响12§7.1MOSFET基本工作原理和分类三、MOSFET的分类类型n沟MOSFETp沟MOSFET耗尽型增强型耗尽型增强型衬底p型n型S、D区n+区p+区沟道载流子电子空穴VDS>0<0IDS方向由D→S由S→D阈值电压VT<0VT>0VT>0VT<0电路符号GBSDGBSDGBSDGBSD13§7

4、.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式二、影响MOSFET阈值电压的诸因素分析三、关于反型程度划分的讨论14§7.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式MOSFET的阈值电压VT是栅极下面的半导体表面呈现强反型，从而出现导电沟道时所加的栅源电压。1.MOS结构中的电荷分布2.强反型条件3.理想MOS结构的阈值电压4.实际MOS结构的阈值电压15§7.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式2.强反型条件强反型：是指半导体表面积累的少数载流子的浓度达到和超过体内多子浓度的状态表面势：半导体表面的电势

5、VS16§7.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式2.强反型条件半导体表面能带弯曲至表面势等于两倍费米势时，半导体表面呈现强反型状态。17§7.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式18§7.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式3.理想MOS结构的阈值电压表面耗尽层反型层载流子的屏蔽作用场感应结理想MOS结构忽略氧化层中电荷的影响不计金属-半导体功函数差理想MOS结构的阈值电压19§7.2MOSFET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式3.理想MOS结构的阈值电压2021§7.2MOSF

6、ET的阈值电压一、MOSFET的阈值电压表达式4.实际MOS结构的阈值电压平带电压VFB栅源电压：抵消金-半之间接触电势差补偿氧化层中电荷建立耗尽层电荷（感应结）提供反型的2倍费米势22§7.2MOSFET的阈值电压二、影响MOSFET阈值电压的诸因素分析1、VDS2、VBS●●●●●●●●●1.偏置电压的影响2.栅电容Cox3.功函数差Φms4.衬底杂质浓度的影响5.氧化膜中电荷的影响23§7.2MOSFET的阈值电压二、影响MOSFET阈值电压的诸因素分析1.偏置电压的影响2.栅电容Cox3.功函数差Φms4.衬底杂质浓度的影响5.氧化膜中电荷的

7、影响qVsEcEvEiEFVs=2fFEcEvEFpqfFqfFqVsEFnEiqVDq(VD+V)2425§7.2MOSFET的阈值电压二、影响MOSFET阈值电压的诸因素分析1.偏置电压的影响2.栅电容Cox3.功函数差Φms4.衬底杂质浓度的影响5.氧化膜中电荷的影响Cox为MOS结构栅下氧化层的电容，与介电常数及介质层厚度有关。Cox越大，单位电压的变化引起的电荷变化越大，或阈值电压越小制作薄而致密的优质氧化层，可在一定程度上达到提高Cox的目的选用高介电常数材料，如Si3N4、Al2O3并用SiO2过渡以减少界面态，形成所谓MNOSFET和

8、MAOSFET26§7.2MOSFET的阈值电压二、影响MOSFET阈值电压的诸因素分析1.偏置电压的影响2