32MOSFET的阈值电压.ppt.ppt

* §4-2 MOSFET的阈电压VT 定义：使栅下的硅表面处开始发生强反型时的栅电压称为阈电压，记为 VT 。 1、MOS结构的 VT 的计算方法 本小节计算 P 型衬底 MOS 结构的 VT 。 定义：当硅表面处的少子浓度达到或超过体内的平衡多子浓度时，称为表面发生了 强反型。 上图中: (1) 理想 MOS 结构（金属与半导体间的功函数差 ，氧化层中电荷面密度 QOX = 0 ）当VG = 0 时的能带图 称为 P 型衬底的费米势。 上图中， 称为 表面势，即从硅表面处到硅体内平衡处的电势差，等于能带弯曲量除以 q。COX 表示单位面积的栅氧化层电容， ，TOX 为氧化层厚度。 (2) 实际 MOS结构 当VG = 0 时的能带图 (3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图 当 时， 就可以使能带恢复为平带状态，这时 ，硅表面呈电中性。VFB 称为 平带电压。 (4)实际 MOS结构当 VG = VT 时的能带图 要使表面发生强反型，应使表面处的 ，这时能带总的弯曲量是 。 此时的表面势为： 外加栅电压超过 VFB 的部分（VG - VFB ）称为 有效栅压 。有效栅压又可分为两部分：降在氧化层上的 VOX 与降在硅表面附近的表面电势 即： 。 使能带发生弯曲。表面发生强反型时 ，这时能带总的弯曲量是 ，此时的表面势为： 作为近似，在刚开始强反型时，可忽略 Qn 。QA 是 的函数，在开始发生强反型时， ，故有： 上式中， ，QM 和 QS 分别表示金属一侧的电荷面密度和半导体一侧的电荷面密度，而 QS 又为耗尽层电荷QA 与反型层电荷 Qn 之和。 于是可得： 再将 和 代入 中，可得 MOS 结构的阈电压为： 关于 QA 的进一步推导在以后进行。 (1) VT 一般表达式的导出 2、MOSFET的 VT 与 MOS 结构相比，在 MOSFET 中发生了以下变化： a) 栅与衬底之间的外加电压由VG 变为（VG -VB），因此有效栅电压由（VG -VFB）变为（VG -VB -VFB）。 b) 有一个反向电压（VS - VB）加在源、漏及反型层的 PN结上，使之处于非平衡状态，EFp -EFn= q（VS -VB）。 c) 强反型开始时的表面势 由 变为 。 p 以下推导 QA 的表达式。对于均匀掺杂： 上式中， ，称为 体因子。 因此 MOSFET 的 VT 一般表达式为： 最后可得 N 沟 MOSFET的 VT 为： 注意上式中，通常 VS 0，VB 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时： 这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。 同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为： 上式中， 与 可以统一写为 ，表示 衬底费米势。 称为 N 型衬底的费米势。 (2) 影响 VT 的因素 当VS = 0，VB = 0 时