晶体管原理-C32概要.ppt

引 言 1. 晶体管按工作原理分类: 3. 与双极型晶体管相比, FET的优点: 1) 输入阻抗高; 2) 功耗小; 3) 噪声系数小; 4) 温度稳定性好; 5) 抗辐射能力强 第一节 MOSFET的基本特性 MOSFET的阈值电压 (2)理想MOS结构 （3）实际MOS结构与平带电压 之二--漏源穿通击穿电压（VPT） L 较短，ρ衬 较高时，漏衬间尚未雪崩击穿，但漏 pn 结耗尽区已扩展到与源区相连，称漏源穿通击穿（VPT），VDS继续↗，源 pn结正偏，大量电子进入沟道，被强电场扫入漏区，形成较大的 ID。 MOSFET直流参数与温度特性 1）阈值电压VT 2）饱和漏极电流IDSS 对于耗尽型MOSFET，VGS=0（导通），VDS足够大时的漏电流饱和值称为饱和漏极电流 IDSS。 3）通导电阻Ron MOSFET的交流小信号参数 1）跨导gm ——漏源电压VDS一定时，漏电流的微分增量与栅源电压微分增量之比。 3）电压放大系数 推导Cgs和Cgd的表达式采用准静态近似法 2）寄生参数 3）频率特性 跨导截止频率 最高工作频率 第四章 场效应晶体管 MOSFET的开关特性 MOS IC优点:功耗小、集成度高 第四章 场效应晶体管 2) 单沟道MOS集成倒相器 第四章 场效应晶体管 3) 互补(C)MOS集成倒相器 第四章 场效应晶体管 第二节 短沟道效应 第四章 场效应晶体管 第四章 场效应晶体管 2) 窄沟道效应 MOSFET沟道宽度Z很小时，阈电压VT 随Z的减小而增大。 第四章 场效应晶体管 漏诱生势垒降低效应 第四章 场效应晶体管 热载流子效应 第四章 场效应晶体管 栅氧化层中电子积累的影响: 第三节 微电子器件的发展方向 MOSFET的发展方向 21世纪微电子的核心技术：系统级芯片（SOC） (4) RF MEMS器件：利用MEMS技术制作的射频器件，可以提高器件功率效率，与传统的IC技术兼容，使得单片集成成为可能，并且具有体积小、重量轻、成本低、性能优越等优点. 3. 生物芯片技术 --1.MOSFET的基本特性 优点:①倒相器导/截态，均为一管截止另一管线性工作区,只有很小漏电流,功耗很小; ②两管跨导均可较大,使导通等效电阻小些,以缩短开关时间,并使总功耗很小。 负载管n衬底接高电位﹑倒相管p衬底接低电位,两衬底之间反偏,自动隔离。 ①VGS=0,倒相器处于截止态。 ②VGS0,倒相器处于导通态。 短沟道效应: 沟道长小到可以和漏结﹑源结耗尽层宽相比拟时,阈电压下降﹑跨导下降﹑沟道夹不断 Poon-yan模型—电荷分享模型 终止于栅下空间电荷区的电力线将有一部分发自于源和漏区。 沟道耗尽区总电荷 受栅极控制的 受源漏区控制的 阈电压的变化—1)短沟道效应 长沟道时: --2.短沟道效应 减轻阈电压沟道效应的措施: ①结深②栅氧化层厚③衬底掺杂 对阈电压有贡献的沟道耗尽区电离受主电荷面密度平均值: 则VS=0,VB=0时: --2.短沟道效应 实际栅电极总有一部分要覆盖在沟道宽度以外的场氧化层上,并在场氧化层下的衬底表面也会产生一些耗尽区电荷。 由VGS引起的扩展区2?Z内的电离受主杂质折算到宽度为Z的沟道耗尽区中,使沟道耗尽区平均电离杂质电荷面密度变为: 则窄沟道MOSFET的阈电压为: --2.短沟道效应 1)表面DIBL效应 VFBVGSVT, 源漏区间势垒高度表面的低于体内的,电子从源区注入沟道及在沟道内的流动都发生在表面,形成亚阈电流IDsub。 (1)随沟道长L缩短,亚阈电流增加; (2)亚阈电流一直随VDS增加而增加,VT减小; (3)VGS对IDsub控制能力变弱，使MOSFET难以截止。 2）体内DIBL效应 VGSVFB，VDS不太大，源漏区间势垒高度表面的高于体内,电子从源区注入沟道及在沟道内流动都发生在体内,形成穿通电流。 以n-MOSFET为例：长沟道的VDS全降在漏结上。 短沟道时，源于漏的电力线将有一部分贯穿沟道区终止于源区，使源漏区间的势垒高度降低，称为漏诱生势垒降低效应（DIBL）。 --2.短沟道效应 ---在强电场作用下,电子在两次碰撞之间会加速到比热运动速度高许多倍的速度,由于动能很大而称为热电子,从而引起“热电子效应”。 改进：(1)两次离子注入; (2)外加衬底偏压。 问题：穿通电流受VGS控制弱；VDS很大时将导致穿通击穿。 热载流子：能量比费米能级大几个 kT 以上的载流子 (1)横向电场Ey足够大时, 沟道电子在纵向电场作用下注入到栅氧化层中;A (3)耗