MS器件的特性分析.doc

MOS器件的特性分析 本次实验以型号为2N7000的NMOS,型号力BS250的PMOS的两款器件力测试条件， 使用吉士利仪器测出I一V曲线与C-V曲线，测量出增强型NMOS与增强型PMOS的输出特性 曲线，转移特性曲线，栅源电容，栅漏电容。各个测量结果在下文进行一一说明，曲线趋势 据符合理论预测。 引言过去数十年来，MOSFET的尺寸不断地变小。早期的集成电路MOSFET制程里，通 道长度约在几个微米的等级。但是到了今日的集成电路制程，这个参数己经缩小了几十倍甚 至超过一百倍。2012年初，Intel开始以22纳米的技术来制造新一代的微处理器，实际的元 件通道氏度可能比这个数字还小一些。至90年代末，MOSFET尺寸不断缩小，让集成电路 的效能大大提升，而从历史的角度来看，这些技术上的突破和半导体制程的进步有著密不可 分的关系。本实验是从MOS器件最基本特性入手，但同时这些性质在实际用途有着重要的 作用，为我们进一步了解MOS打下较为扎实的基础。 实验仪器与方法利用吉士利仪器2602测得的NMOS与PMOS器件的参数及取值范围。 NMOS 器件 2N7000 和 PMOS 器件 BS250 Vgs： 2v~3v Vds： 0v-3v viz/:据处理与讨论1、 viz/ :据处理与讨论 1、NMOS特性曲线 图1、Cgd—Vgd曲线 1.50E-011 —cgs(v)JCL)S6O1.00E-011 -5.00E-012--0.5 1.50E-011 — cgs(v)J CL)S6O 1.00E-011 - 5.00E-012- -0.5 0.0 Vgs(V) 0.5 图2、Cgs…Vgs曲线 栅漏电界一电压与栅源电界一电压关系是一样，因为M0S器件两端是对称的，而在测量 时只需测需要的的两端，因此结果一致。 在栅漏对交流短路的情况下，当栅源电压Vgs增加-时，沟道内载流子电荷的变化量。 根据半导体物理与器件的NM0S电容特性的分析，以及实验所取的频率可知为低频强反型型 时的栅压和电容关系与图巾所得曲线相符。 0.10n0.08 -0.06 -0.04-0.02-0.00-12 0.10n 0.08 - 0.06 - 0.04- 0.02- 0.00- 1 2 3 图3、输岀特性曲线 当^NM0S进入饱和区，此时源漏电流与Vds无关，满足关系式 hs = W^?＜，X(VGS 一 Vt02，W为NMOS沟道宽度，L为沟道长度，为电子迁移率， W junCox r为阈值电压。跨导为 - Vt\饱和区的跨导随着VgS的提高而 增人，但由输出特性曲线可以看出在饱和区时，Ids随着Vds的增加有微弱的增加，这是因 为有效沟道调制效应造成的结果。当一时，向源端移动，即夹断点向源 端移动，但夹断点的电压依然为 ,有效沟道长度减小，导致电阻减小， 因此源漏电流才会有所增加，但在长沟道MOS器件并不显著，但在短沟道且比较突出。 时，器件处于线性区 一 WDS—士 ~,2］， S m= S m= 可以把MOS看成受栅电压控制的电阻，称为通 ,输出特性曲线幵始一部分可以近似为直线，斜率就是 通道电阯的倒数。 图4、NMOS的转移特性曲线 因为这次Vd s保持3 v不变，转移特性曲线近2. 5 v以后之所以是平的，是因为仪 器的限流作用，所以此次有效区域大约在uvn 2.5V ,小于1. 5 V器件就截止了, 这一段区域器件将保持饱和区。 B Book1_B[66]: slope = 0CQ0.010-0.005 -0.000 CQ 0.010- 0.005 - 0.000 - 1 2 3 Vgs 这是刚导通的阶段，斜率为0g卩笑/n = 0 —— ——B Book1_B[79]: slope = 0.0338768 0.010- （/） 0.005 0.000 Vgs 随着Vg s的增加，跨导必然增加，此时的反,。=0.0338768s。 (/)0.0001 一 (/) 0.0001 一 0.0000 二 ?0.0001」 -0.0002 - -0.0003 - -0.0004 - -0.0005 - -0.0006」 -0.0007 - -0.0008 - -0.0009 - ?0.0010」 -0.0011 - ?0.0012」 -0.0013- -0.0014- Vgs=-1.516v Vgs=-1.617v Vgs=-1.718v Vgs=-1.819v Vgs=-1.920v Vgs=-2.02v ?1 Vds PMO S的输出特性曲线 与NMO S的差别是阈值电压为货，且栅源电压要小于阈值电压才能导通，并且负的越厉害, 沟道中的自由移动电荷越多，电流越大。