课件：MOS晶体管结构和工作原理.ppt

MOS 晶体管特性 MOS热载流子效应 Vs Vd Vg SiO2 Vb 耗尽层 衬底电流 N+ 源 N+ 漏 由于光子产生的少子电流 正向注入 P- 衬底 MOS 晶体管特性 MOS热载流子效应 当沟道长度减小，同时保持电源电压不变，沟道区靠近漏端附近的最大电场增加。随着载流子从源向漏移动，它们在漏端高电场区将得到足够的动能，引起碰撞电离，一些载流子甚至能克服Si-SiO2界面势垒进入氧化层，这些高能载流子不再保持它们在晶格中的热平衡状态，并且具有高于热能的能量，因此称它们为热载流子。对于正常工作中的MOSFET，沟道中的热载流子引起的效应称为热载流子效应。 当发生碰撞时，热载流子将通过电离产生次级电子-空穴对，其中电子形成了从漏到源的电流，碰撞产生的次级空穴将漂移到衬底区形成衬底电流Ib。通过测量Ib可以很好地监控沟道热载流子和漏区电场的情况。 MOS 晶体管特性 MOS热载流子效应 由于Si-SiO2的界面势垒较高，注入到栅氧化层中的热载流子与碰撞电离产生的热载流子相比非常少，因此栅电流比衬底电流要低几个数量级。 热载流子注入到栅氧层中还会引起其它的一些效应，主要有（1）热载流子被SiO2中电激活的缺陷俘获，是氧化层中的固定电荷密度Qot改变；（2）在Si-SiO2界面产生界面电荷Qit。由于Qot和Qit引起的电荷积累将在沟道形成阻碍载流子运动的势垒；同时界面电荷也会增强界面附近电子的库仑散射，使迁移率降低。因此经过一段时间的积累，以上效应会使器件的性能退化，影响集成电路的可靠性，所以应设法避免热载流子效应。 Thanks! THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 可编辑 可编辑 MOS晶体管结构和工作原理 Liyy 2003-10-27 MOS 晶体管结构和工作原理 MOS 晶体管结构 结构图 平面图 MOS晶体管种类 MOS晶体管符号 MOS晶体管工作原理 MOSFET 特性 MOS IV CURVE MOS 衬底偏置效应 MOS热载流子效应 MOS 晶体管结构 结构图 Vg Vs Vd FOX N+ N+ L W 栅（G） 源（S） 漏（D） Vb P 衬底（B） FOX MOS 晶体管结构 平面图 TO POLY W1 MOS 晶体管结构 在正常工作条件下，栅电压Vg产生的电场控制着源漏间沟道区内载流子的运动。由于器件的电流由器件内部的电场控制 ----------- MOS 场效应晶体管（MOSFET） 栅极与其它电极之间是绝缘的 ----------- 绝缘栅场效应晶体管 （IGFET） MOS 晶体管结构 MOS晶体管种类 按沟道区中载流子类型分 N沟MOS晶体管：衬底为P型，源漏为重掺杂的N+，沟道中 载流子为电子 P沟MOS晶体管：衬底为N型，源漏为重掺杂的P+，沟道中 载流子为空穴 在正常情况下，只有一种类型的载流子在工作，因此也称其为单极晶体管 MOS 晶体管结构 MOS晶体管种类 按工作模式分 增强型晶体管：若在零栅压下不存在漏源导电沟道，为了形 成导电沟道，需要施加一定的栅压，也就是 说沟道要通过“增强”才能导通 耗尽型晶体管：器件本身在漏源之间就存在导电沟道，即使 在零栅压下器件也是导通的。若要使器件截 止，就必须施加栅压使沟道耗尽 MOS 晶体管结构 MOS晶体管符号 NMOS： PMOS： G D B S G D B G D S G D S G D S G D B S G D B G D S MOS 晶体管特性 MOS晶体管特性 N沟MOS 截面图 Vs Vd Vg Xsd N+ N+ Xdd 耗尽区边界 Qg Qb Qi P Substrate (Nb) Vb L MOS 晶体管特性 MOS晶体管特性 假定漏端电压Vds为正，当栅上施加一个小于开启电压的正栅压时，栅氧下面的P型表面区的空穴被耗尽，在硅表面形成一层负电荷，这些电荷被称为耗尽层电荷Qb。这时的漏源电流为泄漏电流。 如果VgsVth，在P型硅表面形成可移动的负电荷Qi层，即