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补偿器件Vth 模型----沟道注入与衬底或阱中杂质类型相反的杂质 N Nb X Ns Xi Xdm 利用耗尽层近似下泊松方程及其边界条件可得： 利用 可推知： Vth 经验模型 式中G11和G12为拟合因子，通过实验数据拟合而得. 耗尽型器件Vth 模型 图5.12 n沟耗尽型MOSFET的截面图(a)和电荷分布图(b) 对于耗尽型器件，在Vgs＝0时，沟道是导通的. 沟道夹断时，在栅极上所加的电压为阈值电压Vth. γd为耗尽型器件的体因子，当NsNb时，Vth近似为 式中 式中 华南理工大学电子与信息学院 MOS器件建模及仿真 刘玉荣 E-mail: phlyr@scut.edu.cn 　概　述 MOSFET是超大规模集成电路芯片（CPU、RAM等）中最重要的器件. CMOS技术因其抗噪声能力强和静态功耗低等优点已成为VLSI的主流技术. ● MOS电路设计 IC设计 器件模型 电路模拟器 （DC、AC及瞬态分析） ● MOSFET模型 器件模型通过I-V, C-V以及器件中载流子输运过程描述了器件的端特性，这些模型应能够反映器件在所有工作区域的特性. ▲ 器件物理模型 　　根据器件的几何图形、掺杂分布、载流子输运方程和材料特性等预测器件的端特性和输运特性. 特点：1）通常需要二维或三维的数值计算； 　　　2）能揭示器件的内在物理效应； 　　　3）一般只适用于器件物理研究和器件开发； 4）部分工作区能找到收敛的解析模型，可应用于电 路模拟器. ▲ 等效电路模型 　　将器件等效成由一些基本单元组成的电路，器件特性由该等效电路特性来描述. 特点：1）可解析求解； 　　　2）不能揭示器件的内在物理效应； 　　　3）适合于电路模拟器. ▲ 电路模拟器的功能 　　1）DC模型-----静态模型； 　　2）瞬态模型-----大信号动态模型； 　　3）AC模型-----小信号模型. ▲ 电路模拟器对晶体管模型的要求 　　　准确、简单 ▲ 电路模拟器中常用的器件模型 1）解析模型----模型方程直接由器件物理导出. 　A）薄层电荷模型（基于表面势）----该模型在所有工作区域内连续；可精确计算；需要迭代求解. B）半经验解析模型----根据主要的物理现象，对器件的不同工作区域进行近似求解. 解析模型的优点： 　A）描述了物理过程和几何结构之间的关系； 　B）描述了器件的电学特性. 2）查表模型----建立器件特性数据库（系数表），通过查表得到新器件的电流和电导值. 3）经验模型----模型方程基于实验数据的曲线拟合. ● MOSFET模型参数提取 MOS晶体管模型中的参数可通过数值模拟器得到，也可通过测量大量的不同尺寸（不同沟道长度和宽度）的实验器件得到（即从各种不同尺寸MOSFET的I-V和C-V曲线中提取模型参数）. ● 课程主要内容 　1）MOS电容特性 　2）MOSFET中的阈值电压 　3）MOSFET直流DC模型与动态模型 　4）MOS器件性能表征与参数提取 思考与讨论题： 1、分析晶态硅、非晶硅及多晶硅MOSFET阈值电压的定义、模型及参数提取方法的差异性。 2、分析晶态硅、非晶硅及多晶硅MOSFET关态电流形成机理和模型的差异性。 3、分析晶态硅MOSFET、非晶硅TFT、多晶硅TFT、有机P3HT-TFT以及ZnOTFT中C-V特性曲线的差异性及其机理。 4、分析非晶硅TFT、有机TFT、ZnO-TFT器件结构与器件性能的依赖关系。 5、探讨非晶硅TFT、多晶硅TFT及有机TFT噪声测试方法及分析模型。 非晶硅TFT 多晶硅TFT 有机TFT 第一章　MOSFET基础 ● 半导体方程 ① 泊松方程： ② 电子与空穴的连续性方程： 上式中，R = U - G ，U、G 、R 分别为复合率、产生率和净复合率。R 0 表示净复合，R 0 表示净产生。 ③ 电子与空穴的电流密度方程： ● 简化半导体方程 泊松方程： 连续性方程： 电流密度: ● MOSFET结构和工作原理 1、MOSFET的基本结构 2 、MOSFET的工作原理 当 VGS＜VT（称为阈值电压）时,源漏之间隔着P区,漏结反偏,故无漏极电流.当VGS VT 时,栅下的P型硅表面发生强反型,形成连通源区和漏区的N型沟道,产生漏极电流ID. 对于恒定VDS ,VGS越大,则沟道中的可移动电子就越多,沟道电阻就越小,ID 就越大. VGS来控制沟道的导电性,从而控制漏极电流 ID ,是一种电压控制型器件. 3、MOSFET的特性 N 沟 MOSFET当： VT 0时,称为增强型,为常关型.零栅压时无导电沟道. VT 0时,称为耗尽型,为常开型.零栅压时有导电沟道.