半导体器件物理-MOSFET2.ppt

4.1 MOSFET I-V转移特性 转移特性曲线： VDS 为0的某常数时，ID随VGS的变化曲线 VGS增大， Q`n=COX(VGS-VT)增大，饱和电流也增大 VGS PMOSFET NMOSFET 增强型NMOS 耗尽型NMOS 增强型PMOS 耗尽型PMOS 4.1 MOSFET I-V输出特性 4.1 MOSFET I-V特性定量分析 p型衬底、n型沟道MOSFET 0 沟道电流沿水平方向（X方向），栅与沟道之间电流=0 沟道电流为多子漂移电流，载流子迁移率为常数 缓变沟道近似（长沟器件），即垂直于沟道方向上的电场变化远大于平行于沟道方向上的电场变化，EX为常数 沟道中可动面电荷密度 Q`n(x)=COX(VGX-VT)沿X方向“缓变” 面电荷密度另一种表示Q`n(x)=en(x)h(x) 式中h(x)为X处导电沟道的厚度 * 4.1 MOSFET I-V特性:基本假设 4.1 MOSFET I-V特性定量分析 欧姆定律：dVx=IDdR(x), 根据定义Q`n(x)=en(x)h(x)， 根据MOS结构Q`n(x)=COX(VGX-VT) * 4.1 MOSFET I-V特性:沟道电流 漏源电流强度 成立条件 非饱和区IV公式 * 4.1 MOSFET I-V特性:线性区与饱和区 * 4.1 MOSFET I-V特性:提高器件ID驱动能力的途径 同一个IC中，不同晶体管的COX以及VT相同，控制不同MOS器件 沟道的W/L可控制电流大小。 L最小值取决于工艺水平. 在工作电压范围内，适当提高器件偏置电压VGS 材料参数 设计参数 工艺参数 * 4.1 MOSFET μ和VT的测试提取方法 高场下迁移率随电场上升而下降 存在亚阈值电流 n沟耗尽型 n沟增强型 * 4.1 MOSFET 跨导:模型 跨导：VDS一定时，漏电流随VGS变化率： 又称晶体管增益: 表征FET放大能力的重要参数，反映了VGS 对 ID 的控制能力 单位 S(西门子)，一般为几毫西 (mS) * 4.1 MOSFET 跨导:表达式 器件放大应用，一般工作在饱和区。原因？ VGS一定时，饱和区跨导线性区跨导 * 4.1 MOSFET 跨导:提高途径 增大(W/L)，（通过版图设计保证） 增大COX，（减小氧化层厚度；采用高k介质） 增大(VGS-VT)，（增大VGS，减小VT） * 4.1 MOSFET （沟道电导）漏导:模型 沟道电导（漏导）：VGS一定时，漏电流随VDS的变化率 * 4.1 MOSFET 源漏间的有效电阻Rds 源漏间的有效电阻Rds: 沟道电导的倒数 线性区导通电阻：表明线性区导通能力 饱和区输出电阻 增加线性区沟道电导的途径？ 非饱和区漏导等于饱和区跨导 同增加饱和区跨导的途径 * 4.1 MOSFET 衬底偏置效应(1) ≥0 必须反偏或零偏 P衬最低电位 N衬最高电位 4.1 MOSFET 衬底偏置效应(2) 源衬结能带图：衬底0势能参考点 阈值反型点时，反型层沟道连接源漏， VDS=0，沟道和源区电子势能近似相等, 沟道区电势能=-eΦs VSB=0时，源区电势=VD, 阈值反型点, 半导体Φs=2Φfp, 2Φfp ≈ VD VSB0时，源区电势=VD+VSB, 阈值反型点, 半导体Φs ≈ VD+VSB=2Φfp+VSB VSB=0,源区电势能=-eVD VD: 源衬结内建电势差 VSB0,源区电势能=-e(VD+VSB) 4.1 MOSFET 衬底偏置效应(3) 衬底偏压 反型条件 耗尽层电荷 VTN： VTN变化 VSB的存在使负的耗尽层电荷更多，VT增加，且VSB越大，VT越大 VSB的存在通过影响VT，进而影响ID，衬底能起到栅极的作用，称“背栅” * XIDIAN UNIVERSITY END * 据 * XIDIAN UNIVERSI