半导体器件物理_chapter5_MOS场效应晶体管.ppt

在交流高频情况下，MOS器件对这些本征电容和非本征电容电容充放电存在一定延迟时间。此外，载流子渡越沟道也需要一定的时间，这些延迟时间决定MOSFET存在使用频率的限制。 截止频率fT 截止频率定义为输入电流与交流短路输出电流相等时对应的频率，记为fT。通常，把流过Cgs的电流上升到正好等于电压控制电流源gmvgs的频率定义为的截止频率，由此得到 ωTCgsvgs=gmsvgs→ωT=gm/Cgs →fT=gms/(2πCgs) 漏极电流对栅极信号电压的响应是通过载流子在沟道中的输运实现的，载流子从源到漏的运动需要一定时间、因而栅极加了外来信号，漏极并不立即产生输出，延迟决定了截止频率fT。 六、MOSFET的技术发展 The Ideal MOS Transistor v衬底的变化 v栅的变化 v沟道的变化 v源漏的变化 v工作机制的 衬底的变化 SOI技术是指先形成一种“单晶硅薄膜-绝缘层-衬底材料”的结构，然后采用平面工艺在与衬底绝缘的单晶硅薄层上制备集成电路。 体硅 CMOS versus SOI CMOS SOI技术 Silicon-On-Insulator (SOI) Technology 新型栅材料 栅的变化 栅的形式 金属栅 双栅 器件 围栅 器件 高 K 栅 介 质 双栅MOSFET和三栅MOSFET 沟道的变化 新材料 新结构 GeSi沟道MOSFET STRAINED MOS器件 垂直沟道MOSFET 沟道的变化 新工作机制器件 动态阈值MOSFET （DTMOS） 要求： Vg＝0 （关态时）Vth高，以降低漏电流 Vg＝VDD（开态时）Vth低，以得到高速度 实现：利用衬偏效应或利用背栅 思考题 1、 以P型MIS结构为例,分析施加不同偏压时半导体表面出现的三种情况。 2、了解MOS管阈值电压和沟道夹断的概念。 3、分析MOS管工作机理。 4、了解MOS管的直流特性曲线。 5、掌握MOS管的的分类。 6、了解MOS管的特征频率。 7、了解MOS管的技术发展。 * * * * * * * 第五章 MOS场效应晶体管 主要内容 一、MOSFET的基本结构 二、MOSFET的工作原理 三、MOSFET的直流特性曲线 四、MOSFET的种类 五、MOSFET的电容与频率特性 六、MOSFET的技术发展 场效应晶体管（Field Effect Transistor)是一种电压控制器件，用输入电压控制输出电流的半导体器件，仅由一种载流子参与导电。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。 从场效应晶体管的结构来划分，它有三大类。 1.结型场效应晶体管JFET (Junction type Field Effect Transistor) 2.金属半导体场效应晶体管MESFET ( Metal Semiconductor Field Effect Transistor) 3.金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ） 随着集成电路设计和制造技术的发展，目前大部分超大规模集成电路都是MOS集成电路。在数字集成电路，尤其是微处理机和存储器方面，MOS集成电路几乎占据了绝对的位置。 此外，MOS在一些特种器件，如CCD（电荷耦合器件）和敏感器件方面应用广泛。 促进MOS晶体管发展主要有以下四大技术： (a)半导体表面的稳定化技术 (b)各种栅绝缘膜的实用化 (c)自对准结构MOS工艺 (d) 阈值电压的控制技术 MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。 一、 MOSFET的基本结构 1、MOS场效应晶体管的结构 D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。 B(substrate),衬底极。 通常接地，有时为了控制电流或由于电路结构的需要，在衬底和源之