微电子器件原理-第7章 长沟道MOSFETs.ppt

第七章 长沟道MOSFETs（金属-氧化物-半导体场效应晶体管） 7.1 MOSFETs的基本工作原理 7.2 漏电流模型 7.3 MOSFETs的I-V特性 7.4 亚阈特性 7.5 衬底偏置效应和温度特性对阈值电压的影响 7.6 MOSFET沟道迁移率 7.7 MOSFET电容和反型层电容的影响 7.8 MOSFET的频率特性 7.1 MOSFETs的基本工作原理 MOSFET器件三维结构图 四端器件：源（S）；漏（D）；栅（G）； 衬底（B） N沟：p型衬底，源端用离子注入形成n+； P沟：n型衬底 栅电极：金属；重掺杂多晶硅。 氧化层：热氧化硅 隔离：场氧化 理想的p-MOS 和n-MOS电容能带图(1) 理想的p-MOS 和n-MOS电容能带图(2) 理想的p-MOS 和n-MOS电容能带图(3) 理想的p-MOS 和n-MOS电容能带图(4) p-MOS电容接近硅表面的能带图 MOSFET的四种类型及符号 MOSFET符号 7.2 漏电流模型 7.2.1 本征电荷密度与准费米势的关系 7.2.2 缓变（渐变）沟道近似 7.2.3 PAO和SAH’s双积分 MOSFET器件剖面图 以N沟增强型MOSFET为例 x=0在硅表面，指向衬底，平行于栅电极； y，平行于沟道，y=0在源端；y=L在漏端， L：沟道长度 ?(x,y)：本证势；能带弯曲 V(y)：在y处电子的准费米势,与x无关； V(y=L)=Vds 本征电荷密度与准费米势的关系 由方程（2.150）和（2.187）知： (1) (2) 表面反型时，（2.190）为： (3) 最大耗尽层宽度： (4) 缓变（渐变）沟道近似 缓变（渐变）沟道近似：电场在y方向（沿沟道方向）的变化[分量]远远小于沿x方向（垂直于沟道方向）的变化[分量]。（EyEx） 有了这个假设后Poisson’s方程可以简化为一维形式。 空穴电流和产生和复合电流可以忽略。电流连续方程只应用于y方向的电子。 有了上述两个假设后，任一点的漏源电流是相同的。由方程（2.45），（x，y）处的电子电流为： (5) MOSFET器件剖面图 缓变（渐变）沟道近似 V(y)定义为准费米势；（5）式包括了漂移和扩散电流密度。电流为： (6) 反型层底部 ?=?B定义：Ids0；漏源电流在-y方向 单位栅面积反型层电荷： (7) （6）是变为： (8) 上式两边乘以dy并积分得： (9) (10) PAO和SAH’s双积分 把（10）式用n(x,y)表示。由（1）式 (11) 把（11）式