半导体器件之MOS.ppt

* * 要保持p阱与n型衬底之间反偏或零偏。此图未画栅极。 * 大部分的实际掺杂在1015～1017之间，所以对应的表面空间电荷区宽度在0.1~1um之间。书上有具体的数值计算自测题。 * 注意，功函数是费米能级与真空能级之差，而亲和能是导带底能级与真空能级之差。 这里的功函数计算没有考虑金属与半导体之间存在氧化层的情况。 * 注意，有了SiO2之后，从金属到Si无需经过真空能级，而只需经过SiO2导带，故金属功函数和电子亲和能被修正（均减去了SiO2的电子亲和能）。修正的功函数和亲和能不是标准定义，但由此而计算出的金属-半导体功函数差与从标准定义下计算出的一样。 * 发现氧化硅的能带弯曲量和半导体的能带弯曲量之和是金属半导体的功函数差。这个公式清楚地说明了功函数差是导致能带倾斜或弯曲的根本原因。 注意这里的功函数和亲和能与SiO2有关。 * 有两个重要的特点：一是多晶硅与单晶硅的电子亲和能近似相同；二是多晶硅发生了简并（随着n+掺杂的加大，EF向Ec移动，一旦进入Ec即发生简并）。 实际掺杂多晶硅的EF可以达到EC之上0.1~0.2eV，EV之下0.1~0.2eV，使得上述公式的计算值有微小的误差。 * * * 表面能带弯曲意味着存在表面势。 如果没有功函数差和氧化层电荷，则平带电压等于0。右边是平带条件下MOS结构的能带图和电荷分布图，注意平带条件下半导体表面是没有电荷的。 * 平带时，半导体表面无电荷、电压降。带’表示单位面积电荷，但Cox虽然不带’，实际上也是单位面积电容。 * 阈值电压如书上所说定义为“使半导体表面反型应施加的栅电压”不十分确切，因为大于VT的所有栅电压均能使半导体表面反型。 VTN并非指衬底是n型，而是指n沟道MOSFET，用的是p型衬底。 改为书上的“达到阈值反型点时所需的栅压” * * * P沟道、n型衬底的阈值电压恒为负。 * 倒数第三行错Vtn Vtp倒数第二行？只有增强型？ 倒数第一行错Vtn Vtp （已改，否则讲下节不好讲，又出现了耗尽型管子） * 此曲线纵座标是对数，横坐标是线性，故为直线。 * * C-V特性即电容-电压特性。下图是理想的C-V特性变化规律，以下将解释这个规律。平带、本征是个点，堆积、耗尽、反型是区间。 * * CFB如何推导？根号下为德拜长度 * 此时的C’相当与Cox与Csd’的串联，电容值为倒数相加关系，总电容值取决于小的那个电容（即Csd‘)。 这里给出的能带图实际上是本征状态。 （此处公式笔误错，已改） * 此时耗尽层电荷基本不变，而反型层类似于平板电容的一个极板。 * 将p型曲线水平翻转即得到n型曲线 * xdT是xd的最大值。右上图的dQ’在高频情况下等于0。 * 前面所讲均针对理想C-V特性，即无氧化层电荷、界面陷阱。 * * 条件是正施主能级多于中性施主能级。 * * 条件是负受主能级多于中性受主能级。 * * 注意，上课纠正上次课的若干错误。 * * 小节内容 氧化层电荷及界面态对C-V曲线的影响 氧化层电荷影响及曲线 界面态概念 界面态影响概念曲线 实例 如何测C-V曲线 如何看图解释出现的现象 * 11.3MOSFET基本工作原理 MOS结构 电流电压关系——概念 电流电压关系——推导 跨导 衬底偏置效应 * 11.3 MOSFET原理 MOSFET结构 N 沟道增强型MOS 场效应管的结构示意图 B P G N+ N+ 氮 氮 S D SiO2 L tox 1. 结构 S G D B 2.符号 3.基本参数 沟道长度 L(跟工艺水平有关) 沟道宽度 W 栅氧化层厚度 tox * 11.3 MOSFET原理 MOSFET分类(1) n沟道MOSFET p型衬底，n型沟道，电子导电 VDS0，使电子从源流到漏 p沟道MOSFET n型衬底，p型沟道，空穴导电 VDS0，使空穴从源流到漏 按照导电类型的不同可分为： * 11.3 MOSFET原理 MOSFET分类(2) n沟道增强型MOSFET 零栅压时不存在反型沟道，VTN0 n沟道耗尽型MOSFET 零栅压时已存在反型沟道，VTN0 按照零栅压时有无导电沟道可分为： * 11.3 MOSFET原理 MOSFET分类(3) p沟道增强型MOSFET 零栅压时不存在反型沟道，VTP0 p沟道耗尽型MOSFET 零栅压时已存在反型沟道，VTP0 * 增强型：栅压为0时不导通 N沟（正电压开启 “1”导通） P沟（负电压开启 “0”导通） 耗尽型：栅压为0时已经导通 N沟（很负才关闭） P沟（很正才关闭） * 11.3.2 N 沟道增强型 MOS 场效应管工作原理 1. V