半导体器件课件西安交通大学 MOSFET-01_鍣ㄤ欢缁撴瀯2009.ppt

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1、场效应晶体管Field-EffectTransistor（FET）emittercollectorControlBBaseBipolartransistorField-effecttransistorsourcedrainControl(Gate)channelFamilytreeofField-EffectTransistorJFET(JunctionFET，p-njunctiongate)MESFET（Metal-SemiconductorFET，IGFET（InsulatorGateFET）MO

2、SFET（MetalOxideSemiconductorFET）HFET（HeterojunctionFET）MODFET（HEMT）HIGFET(HeterojunctionInsulatorGateFET)(Modulation-Doped/HighElectronMobilityTransistor)Schottkygate)金属－氧化物－半导体场效应晶体管MetalOxideSemiconductorFiledEffectTransistorMOSFET第16章MOS结构基础（半导体物理第8章

3、）第17章MOS器件基础（物理结构、直流特性、动态特性等）第18章非理想MOS（器件的阈值电压）第19章现代MOS器件结构（小尺寸效应）复习：半导体表面空间电荷区及反型层通过外加偏压，借助于MOS结构可以在半导体表面产生空间电荷区。P-Si＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－空间电荷区电荷、电场和电位xd：表面空间电荷区的宽度电位表面势：金属表面电荷反型层电荷耗尽层电荷电场费米势表面势：能带图取半导体内的静电势为零参考零点取本征费米能级表面电子浓度表面空穴浓度强反型弱反型表面本征表面耗尽平带强反型近似

4、：强反型后，表面势基本不再变化，表面耗尽区达到最大值，只是反型层载流子电荷随栅压增加。反型层沟道中性区氧化硅耗尽区使半导体表面强反型时所需的栅压称为阈值电压，用VT表示。在理想MOS结构中，栅电压一部分降落在氧化层上，另一部分降在半导体上：表面势与栅压的关系表面耗尽：表面强反型时：表面强反型后：表面强反型的栅压（即阈值电压）1、MOSFET的物理结构MOSFET由一个MOS电容和靠近MOS栅控区域的两个PN结组成。NMOSFET的三维结构图栅氧化层硅衬底源区－沟道区－漏区P-Si衬底金属Al（Al栅）

5、重掺杂的多晶硅（硅栅，n+poly-si、p+poly–si）Polycide（多晶硅/难融金属硅化物）漏电极（欧姆接触）源电极（欧姆接触）体电极（欧姆接触）栅氧化层漏PN结源PN结结构参数：沟道长度L、沟道宽度W、栅氧化层厚度源漏pn结结深材料参数：衬底掺杂浓度、载流子迁移率版图SDGWL多晶硅有源区金属器件版图和结构参数端电压和端电流的定义MOSFET是一个四端器件：栅G、源S、漏D和衬底B以源端为电压参考点，端电压定义为:体源电压漏源电压栅源电压MOSFET正常工作时，D、B和S端所加的电压要保

6、证源、漏pn结处于反偏。在直流工作下的器件，通常假设器件只有漏－源电流（简称漏电流）并将流向漏极方向的电流定义为正。MOSFET各端电压对漏电流都有影响。不作特别声明时，一般假设源和体短接（接地）VGS=0n+n+VDS>0p-substrateSBIDS=0工作原理的简单描述在栅压为零时，从源电极和漏电极被两个背靠背的PN结隔离，这时即使在源漏之间加上电压，也没有明显的漏源电流（忽略PN结的反向漏电流）VGS>VTAcceptorsDeplRegn+n+VDS>0p-substrateChannel

7、SBIDS当在栅上大于阈值电压时，沟道区就会形成反型层，它把源区和漏区连通，形成导电沟道，这时如果在漏源间加有一定的偏压，就会有明显的电流流过。MOSFET的输出特性MOSFET的转移特性输出特性和转移特性曲线MOSFET的电流由器件内部的电场控制（栅压引起的纵向电场和漏电压引起的横向电场）,因而称为场效应晶体管。MOSFET的分类（1）按照沟道类型分类NMOS：衬底为P型，源、漏区为重掺杂的n+,沟道中载流子为电子PMOS：衬底为N型，源、漏区为重掺杂的P+，沟道中载流子为空穴按照工作模式分类增强型

8、：零栅压时不存在导电沟道耗尽型：零栅压时存在导电沟道MOSFET共有4种类型：NMOS增强型、NMOS耗尽型，PMOS增强型、PMOS耗尽型MOSFET的分类（2）NMOS：电压更正的称漏PMOS：电压更正的称源NMOS：衬底接最低电位PMOS：衬底接最高电位源：提供载流子漏：吸收载流子VGSn+n+VDS>0p-substrateSp+电子BVGSp+p+VDS