52场效应晶体管-MOSFET.ppt

半导体器件原理 南京大学 2。MOSFET 电流电压特性 (1)电荷层近似：反型层中无电势降落或能带弯曲。 半导体器件原理 南京大学 (2) 线性区的电流电压特性 阈值电压Vt 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 线性区 半导体器件原理 南京大学 (3) 饱和区的电流电压特性 体效应系数： 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 饱和区 半导体器件原理 南京大学 (4) 夹断和电流饱和 沟道漏端的表面沟道在饱和状态产生消失。 半导体器件原理 南京大学 夹断区 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 Vds→Vdsat=(Vg-Vt)/m →dV/dy=∞ 电场在沟道方向的变化比垂直于沟道方向快许多，使渐变沟道近似被破坏。载流子不再束缚在表面沟道中 严格求解： dIds/dVds=0? * * 纵向电场对沟道迁移率和沟道电子速度的影响 纵向电场对沟道迁移率的影响 光学声子散射引起的两次碰撞之间平均自由时间减小的结果 简单模型和考虑载流子速度饱和模型计算的电流电压曲线 纵向电场对电流的影响 相当于沟道长度变长 饱和电压随沟道长度的变化 饱和电压随沟道长度的减小而减小 饱和电流随沟道长度的变化关系 半导体器件原理 南京大学 ?电子迁移率： ?高电场作用下增强了表面粗糙散射的作用，使迁移率下降更快。 ?对一定掺杂，由于库伦（杂质）散射的作用，存在一有效电场，其下的迁移率低于通用值。 ?在高掺杂或低的栅压条件下，库伦散射的作用为主，但当反型层电荷浓度较高时由于屏蔽作用会使该作用减弱。 ?低温下，低电场时库伦散射为主，高电场时表面散射为主。 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 ?空穴迁移率： 相关串联电阻 简单长沟模型、考虑速度饱和的模型以及考虑串联电阻的电流电压曲线。 饱和电流与饱和电压的定义 半导体器件原理 南京大学 4. 亚阈值特性：数字逻辑和存储电路中（P342，8.3） 在有几十万甚至上百万个晶体管的集成电路中，关态电流可以造成可观的功耗，并引起温度升高。 1/n 表示VGS-VT中影响源沟道势垒的部分所占的比例。 ΔVch(y=0)沟道源端处相对于源极的沟道电压。 半导体器件原理 南京大学 线性坐标 半对数坐标 半导体器件原理 南京大学 数字逻辑和存储电路中 低漏电压V→0： ?漏电流(∞dV/dy)中的漂移场(∞dψs/dy) 与扩散: 强反型：漂移电流为主 (dψs/dV→1) 亚阈值：扩散电流为主 (dψs/dV→0) 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 ?亚阈值电流 第二项（反型层电荷密度Qi）远小于第一项（耗尽层电荷密度Qd） 半导体器件原理 南京大学 ?亚阈值摆幅：（漏电流变化10倍所对应的栅压变化）不大依赖于器件参数，微依赖于掺杂浓度 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 5. 衬底偏压和温度对阈值电压的影响 ?衬底的敏感（体效应） 衬偏电压就是为了防止MOSFET的场感应结以及源结和漏结发生正偏、而加在源-衬底之间的反向电压。 对于加有衬偏电压的MOSFET，从工作本质上来说，可看成是由一个MOSFET和一个JFET并联而成的器件，只不过其中JFET的作用在此特别称为MOSFET的体效应而已。这就是说，加上衬偏电压也就相当于引入了一个额外的JFET。 JFET的功能——沟道-衬底的场感应p-n结作为栅极控制着输出电流IDS的大小 MOSFET在出现沟道（反型层）以后，虽然沟道下面的耗尽层厚度达到了最大（这时，栅极电压即使再增大，耗尽层厚度也不会再增大）；但是，衬偏电压是直接加在源-衬底之间的反向电压，它可以使场感应结的耗尽层厚度进一步展宽，并引起其中的空间电荷面密度增加，从而导致器件的阈值电压VT升高。而阈值电压的升高又将进一步影响到器件的IDS及其整个的性能，例如栅极跨导降低等。衬底掺杂浓度越高，衬偏电压所引起的空间电荷面密度的增加就越多，则衬偏效应越显著 由于衬偏电压将使场感应结的耗尽层厚度展宽、空间电荷面密度增加，所以，当栅极电压不变时，衬偏电压就会使沟道中的载流子面电荷密度减小，从而就使得沟道电阻增大，并导致电流减小、跨导降低。 衬偏效应对器件性能的影响 背栅调制作用 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 反向衬底偏压加大了体耗尽区的宽度，提高了阈值电压。 　　①把源极和衬底短接起来，当然可以消除衬偏效应的影响，但是这需要电路和器件结构以及制造工艺的支持，并不是在任何情况