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半导体器件原理 南京大学 2。CMOS 与门和或门电路(逻辑计算) 在与电路中,nMOSFET串联在输出端与地之间, pMOSFET并联在电源与输出端之间.(所有输入端处于高电平时,输出为低.) 更多地采用于CMOS技术中. 半导体器件原理 南京大学 在或电路中,nMOSFET并联在输出端与地之间, pMOSFET串联在电源与输出端之间.(所有输入端处于低电平时,输出为高.) 半导体器件原理 南京大学 2.2 寄生单元(电阻与电容) 1。源漏电阻: 半导体器件原理 南京大学 ?积累层电阻与扩展电阻 积累层电阻依赖于栅压,被认为是Leff的一部分. 扩展电阻: 陡峭的源漏结, 注入点接近于沟道的金属结端点, 以上二电阻均很小. 渐变的源漏结, 注入点离开金属结, 二电阻较大. 半导体器件原理 南京大学 ?薄层电阻: ?接触电阻: 短接触 长接触 自对准硅化物工艺中的电阻(薄层电阻和接触电阻均大大减小) 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 2。寄生电容(结电容与交迭电容) ?结电容 半导体器件原理 南京大学 （1）短沟道器件的薄层电阻 有效沟道长度的表达式中近似认为薄层电阻率在MOSFET的宽度和长度方向上是均匀一致的。 在短沟道器件中，薄层电阻率的涨落不可忽略。 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 对短沟道器件，陡峭分布： 仅金属结之间沟道受栅压的调制；短沟道效应使沟道中央电阻率较大，结附近电阻率较低。Leff略小于Lmet 对横向的弥散分布，在金属结之外的沟道电阻也依赖于栅压，从而贡献于Leff， Leff略大于Lmet （2）栅调制的积累层电阻 源漏掺杂的横向梯度分布，使电流从反型层射入体源和漏区的现象并不立即在金属结发生。 当栅压较高时，在栅源和栅漏的交迭区也会产生表面反型层。 半导体器件原理 南京大学 在近金属结和远离表面的施主掺杂浓度较低，使积累层的电导率高于体源或漏。 电流在近表面层的积累层中流动，直至源或漏的掺杂变得足够高时，使源漏区的电导率高于积累层。 电流射进体区的位置依赖于源漏掺杂的梯度分布。 n+poly-Si/n-MOSFET 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 （3）从电流射入点解释Leff 积累区的电阻率与沟道电阻率对栅电压具有相似的关系，因此电流流动的积累层被认为是Leff的一部分。 定义源漏区薄层电阻率?(Ndinj)/(xj/2)= ?ac时为电流射入点。?（N）为源漏区的体电阻率。 在SAR中 半导体器件原理 南京大学 Ndinj随尺寸缩小而增大，1?m?1017/cm3；0.1?m?1019/cm3 实验数据在Leff =Linj直线的100A以内，不依赖于掺杂梯度和沟道分布。 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 （4）对短沟道效应的暗示 半导体器件原理 南京大学 源漏区的掺杂分布梯度越小，N型掺杂穿透进沟道区，补偿或使沟道内P型掺杂反型。 源漏电场极易使边界附近极易耗尽与反型。当器件等比例缩小时，减小源漏区掺杂缓变的宽度显得非常重要。 半导体器件原理 南京大学 Chapter 8. FET的补充分析-- CMOS 器件设计与性能参数 二、CMOS 性能参数 集成度、开关速度和功率消耗是VLSI的主要参数，主要关注影响开关速度的若干因数。 2.1 基本CMOS电路元件 2.2 寄生单元(电阻与电容) 2.3 CMOS 延迟对器件参数的依赖 2.4 先进CMOS器件的性能参数 半导体器件原理 南京大学 2.1 基本CMOS电路元件 半导体器件原理 南京大学 1。CMOS 反相器 在任何一个状态, 仅有一个晶体管导通, 没有静态电流与功率消耗. 半导体器件原理 南京大学 （1）CMOS反相器的传输特性 CMOS与MOSFET输入输出特性的不同点： n-MOSFET电流电压控制规则相同 p-MOSFET (Vs=Vdd),: Vin高， Vg低（IP小） ； Vin低，Vg=-Vdd (Ip大） Vout高，Vds低；（IP小） Vout低, Vds=-Vdd (Ip大） 半导体器件原理 南京大学 Vout-Vin 曲线的高到低转变区的陡峭度反映了数字电路 的性能. 高低转变点发生在中点: Vin=Vdd/2?IP=IN ?Wp/Wn=In/Ip 对短沟道器件, In/Ip要小一些(速度饱和效应) A-C, nMOSFET工作在饱和区, pM