有关MOSFET直流特性.ppt

作业 4-3 a 画出n沟耗尽型GaAs MESFET 转移特性曲线、并标出阈值电压VT，画出其输出特性曲线，并标出VGS值、临界饱和线、非饱和区、饱和区，给出VDsat、IDsat 的表达式。 4-3b 试画出在Al栅N沟增强型MOSFET剖面图上、以源极为参考点施加电压VBS、VGS、VDS的连线图，标出临界饱和条件下沟道分布，耗尽层分布在上述剖面图上的表示， 并给出此MOSFET的萨之唐方程表达式。 * * 半导体器件原理 ch4-3 MOSFET的直流特性 郭伟玲 4.3 MOSFET的直流特性 Chapter4 MOSFET - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - S G D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - x y z L W N+ N+ P衬底 tOX VD VG 1．共源极输出特性曲线 图4－18增强型 PMOST的共源极输出特性 加在栅源之间的电压为阶梯波，VT＜0，V1＜0，按照漏极电流随漏源电压变化的规律，可以将它分成四个区域： ①非饱和区：VGS=常数条件下，从VDS＝0开始，|ID|随|VDS|线性增加，|VDS|增大到一定数值以上时，|ID|上升速率逐渐变小。 ②饱和区：饱和指漏极电流不随漏源电压变化，但是实际器件的饱和都是不完全的，随|VDS|增加，|ID|略有上升，如图4－18所示。 1．共源极输出特性曲线 图4－18增强型 PMOST的共源极输出特性 ③击穿区：这是指|ID|急剧增加的区域。 ④亚阈值和截止区：亚阈值区是指|VGS|＜|VT|，表面弱反型导电的区域，一般亚阈值电流都很小，所以在输出特性上难以将亚阈值区和截止区区分开。 有关MOSFET直流特性，主要围绕输出特性进行，其中包括： i）非饱和区的电流-电压方程； ii）不完全饱和特性的产生机构； iii）漏源击穿特性； iV）亚阈值导电机理及特性描述。 ① 线性区: VDS 很小时，沟道近似为一个阻值与 VDS 无关的 固定电阻，这时 ID 与 VDS 成线性关系，如图中的 OA 段所示。 输出特性曲线:VGS VT 且恒定时 VDS ~ ID 曲线。可分为以下 4 段： MOSFET 的输出特性 MOSFET 的输出特性 ② 过渡区: 随着 VDS 增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线逐渐下弯。当 VDS 增大到 VDsat ( 饱和漏源电压 ) 时，漏端处的可动电子消失，这称为沟道被 夹断，如图中的 AB 段所示。 线性区与过渡区统称为 非饱和区，有时也统称为 线性区。 ④ 击穿区 当 VDS 继续增大到 BVDS 时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源间发生穿通，ID 急剧增大，如图中的 CD 段所示。 ③ 饱和区 当 VDS VDsat 后，沟道夹断点左移，漏附近只剩下耗尽区。这时 ID 几乎与 VDS 无关而保持常数 IDsat ，曲线为水平直线，如图中的 BC 段所示。实际 ID 随 VDS 的增大略有增大，曲线略向上翘。 ④ 击穿区 当 VDS 继续增大到 BVDS 时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源间发生穿通，ID 急剧增大，如图中的 CD 段所示。 沟道夹断区也是一种耗尽层，其中存在较高的电场，只要有载流子漂移到夹断区的边缘，很快就会被扫向漏极、并输出电流。因此，沟道的夹断不但不阻挡导电，相反的，而是能够更好地导电；只有当栅极电压使得沟道从头到尾都被夹断-整个沟道消失以后，器件才不能导电，即进入截止状态。 4 种类型 MOSFET 的特性曲线小结 2．非饱和区电流-电压方程 ①萨之唐 (Chih Tang Sah)方程 推导萨方程的基本假定包括以下几方面： 衬底均匀掺杂。 长沟进器件，沟道两端的边缘效应以及其它短沟道效应不起作用；沟道宽度远大于沟道长度，与沟道电流垂直方向上的两侧边缘效应也不予考虑。 反型层内载流子迁移率等于常数。 二氧化硅层电荷面密度QOX等于常数。 忽略漏区、源区体电阻及电极接触电阻上的电压降。 忽略源、漏pn结及场感应结的反偏漏电流。 强反型近似条件成立。 沟道导通对漂移电流通大于扩散电流。 缓变沟道近似(GCA--Gradual Channel Approximation)条件成立，即与Si/SiO2界面垂直方向电场强度的数值|Ex|远大于沟道电流流动方向上的电场强度数值|Ey|。一般d |Ex| /dxd|Ey |/dy X）忽略表面耗尽区电荷面密