2019-复旦大学(微电子)半导体器件第八章MOSFET-文档资料
半导体器件物理MOSFETPPT课件
I Dsub可能达到数个安培. 减小I Dsub影响的措施
增大COX，减小亚阈值摆幅，使器件可以快速关断 提高关断/待机状态下器件的阈值电压VT：通过衬底和源之间加反偏，使VT
增加， 从而使VGS<<VT.
VGS下器件脱离弱反型，处于耗尽区，无I Dsub ，静态功耗大幅降低
的耗尽层电荷需要栅压产生
实际情况(窄沟器件)：两侧空间电荷的量相对多，不可忽略，阈值反型
点需VGS产生的耗尽层电荷增多，VT增大
2021/9/244
VTN
|
Q'SD max Cox
|
VFB＋2
fp
第二十一页，编辑于星期五：九点 十分。
4.3 MOSFET VT随W的变化:表面电荷
理想模型(适用宽沟道）： 受VGS控制的表面总电荷｜Q｜B eNa xdTWL 单位面积的表面电荷｜QBma｜x eNa xdT
2021/9/24
第三页，编辑于星期五：九点 十分。
4.3 MOSFET
亚阈电流表达式:
亚阈值电流:对器件的影响
ID与VGS有关，且随VGS指数增加，
当VGS改变60mV，I D（sub) 改变一个数量级 若VDS>4（kT/e），最后括号部分将近似等于1，
IDsub近似与VDS>无关
半对数坐标中亚阈电流 与VGS之间呈现直线
2021/9/24
第十七页，编辑于星期五：九点 十分。
4.3 MOSFET 阈值电压修正： VT与L、W的相关性
长、宽沟道MOSFET的阈值电压
VTN
|
Q'SD max Cox
复旦大学(微电子)半导体器件第八章MOSFET-37页PPT精品文档
体电荷效
• 前面给出MOSFET特性公式：
ID S C ox n W L V G S V T V D S 1 2 V D 2 S
在该公式中认为沟道中耗尽层宽度是不变的，实际上由于漏端和 源端存在电势差，沟道的宽度当然也不一样，考虑到这个因素以 后必须计入沟道体电荷变化部分对阈值电压的贡献。
3o 体电荷效应； 4o 沟道长度调制效应； 5o 源漏串联电阻寄生效应； 6o 亚阈值效应； 7o 衬偏效应； 8o 短沟道效应。 9o CMOS闭锁效应；
亚阈值效应
• 回忆我们前面假设表面呈现强反型时MOSFET沟道开 始形成，源、漏之间开始导通。
• 实际上MOSFET源、漏之间加上电压以后，源端PN结 处于正向，就会有非平衡载流子注入，漏端PN结就会 收集到注入的非平衡载流子，同时还有反向的产生电 流（包括表面态的产生电流），所以在强反型之前源、 漏之间就会有电流，这就称为亚阈值电流。
减小 Overlap，降低寄生电容，可采用自对准多晶硅栅工艺。
MOSFET 的开关特性
+VDD
v (t)
vGS (t)
RD
VT
+
vDS (t)
+ vGS(t)
C vDS(t)
90%
10%
t
0 ton
toff
MOS 倒相器开关特性：
IDS
Ioff 0（亚阈值电流）； Von 0（导通有电阻）；
四种 MOSFET 的输出特性
NMOS（增强型）
NMOS（耗尽型）
PMOS（增强型）
PMOS（耗尽型）
沟道长度调制效应
• 沟道长度调制效应使输出特性的饱和区发生倾 斜。
最新半导体器件物理-MOSFET上课讲义
理想MOS 电容结构特点
绝缘层是理想的，不存在任何电荷，绝对不导电； 半导体足够厚，不管加什么栅电压，在到达接触点之前总有一个
零电场区（硅体区） 绝缘层与半导体界面处不存在界面陷阱电荷； 金属与半导体之间不存在功函数差
2020/12/12
XIDIAN UNIVERSITY
4.0 MOS电容
费米势：半导体体内费米能级 与禁带中心能级之差的电势表示， fp，fn
表面势 ：半导体表面电势与体内电势之差， s
能级的高低代表了电子势能的不同，能级越高，电子势能越高 如果表面能带有弯曲，说明表面和体内比：电子势能不同，即电势不同， 采用单边突变结的耗尽层近似，耗尽层厚度：
2020/12/12
计算可得：Φfp=0.348V， Xd≈0.3μm，Xd ≈ 4nm，由此得 Q`dep=-5.5×10-8/cm2, Q`inv = -6.5×10-10/cm2 因此表面电荷面密度为：
P型衬底
Q`-=Q`dep+Q`inv≈Q`dep
2020/12/12
XIDIAN UNIVERSITY
4.0 MOS电容 表面反型层电子浓度与表面势的关系
XIDIAN UNIVERSITY 2020/12/12
4.0 MOS电容 空间电荷区厚度:表面反型情形
阈值反型点表面电荷特点： 浓度： ns =PP0； 厚度： 反型层厚度Xinv<<耗尽层厚度Xd 反型层电荷Q`inv= ens Xinv << Q`dep = eNa Xd
例如：若Na=1016/cm3，栅氧厚度为30nm，
2020/12/12
XIDIAN UNIVERSITY
4.0 MOS电容 表面反型层电子浓度与表面势的关系
半导体器件物理MOSFET详解演示文稿
2020/11/19
4.1 MOSFET
MOSFET分类(3)
p沟增强型MOSFET
零栅压时不存在反型沟道 VTP<0 加栅压VGS<VTP, 沟道开启
p沟耗尽型MOSFET
零栅压时存在反型沟道 VTP>0 加栅压VGS>VTP, 沟道关闭
2020/11/19
4.1 MOSFET
MOSFET的阈值电压VT：表面刚刚产生沟道所需的栅源电压 沟道内可动电荷Qn，面电荷密度Q`n=COX(VGS-VT)： 只有VGS大于>VT，表面才产生导电沟道，根据电容电压电荷关系得Q`n
2020/11/19
4.1 MOSFET
I-V定性分析
偏置特点：
n沟增强型
VBS=0, 源衬短接；VGS>VT ,沟道形成；
4.1 MOSFET
0栅压是否存在反型沟道分：
MOSFET分类(2)
n沟增强型MOSFET
n沟耗尽型MOSFET
零栅压时不存在反型沟道， 零栅压时已存在反型沟道，
VTN>0， 加栅压VGS>VTN, 沟道开启
VTN<0 加栅压VGS<VTN, 沟道关闭
思考：不进行专门的N型掺杂，能否形成耗尽型NMOS？
半导体器件物理详解演示 文稿
优选半导体器件物理MOSFET
4.1 MOSFET
结构
MOS电容：外加VG， 氧化层下方半导体表面形成强反型层，连接SD区 强反型层------MOSFET的导电沟道
VDS在沟道上产生电场，载流子从源漂移到漏，被漏极收集形成ID 重要参数：
沟道长度L：栅氧下方源漏之间半导体的长度. 沟道宽度W：与沟长垂直的水平方向的源漏区宽度 栅氧厚度tox
半导体物理分章答案第八章
上式两边乘以dV并积分，得到
d( dV dx ) q
dx
dV dx
0
rs 0
V
0
{ p p 0 [exp(
qV k 0T
) 1 ] n p 0 [exp(
qV k 0T
) 1]} dV
将上式两边积分，并根据 得
2 k 0T q ) [
2
| E |
dV dx
第八章 半导体表面与MIS结构
Semiconductor surface and metal-insulator-semiconductor structure
重点：
表面态概念 表面电场效应 MIS结构电容-电压特性 硅-二氧化硅系统性质
沈阳工业大学电子科学与技术系
VG 绝缘层 金属栅电极
E
2
(
q p p0 2 rs 0 k 0 T
2
]{[exp(
qV k 0T
)
qV k 0T
1]
n p0 p p0
[exp(
qV k 0T
)
qV k 0T
1]}
令，
qV n p 0 F , k T p n0 0 exp n p0 qV qV 1 k T k T p p0 0 0 LD 2 k T 0 rs 0 q2 p p0
• 当|Vs|较大时，C/C0=1。此时从半导体内部到表面可视为导 通的，电荷聚集在绝缘层两边。 • 当|VG|较小时，|Vs|也很小，此时C/C0值随|Vs|减小而下降。
• 平带状态（Vs = 0，Qs < 0）
第八章 砷化镓微波场效应管(最全)word资料
第八章砷化镓微波场效应管8.1 GaAs场效应管的工作原理8.2 GaAs场效应管的设计方法关键词：FET 肖特基势垒MESFET 器件电学设计器件结构设计8.1 GaAs场效应管工作原理l930年，Lilienfeld和Heil首先提出了场效应晶体管(FET)的概念。
直至50 年代，在半导体材料工艺技术发展到一定水平之后，才由Decay和Ross做出了一个可以工作的器件。
此后至60年代初，场效应晶体管开始逐渐替代双极结型晶体管（BJT）。
目前，FET技术在电子学领域占据着重要地位。
FET器件和由其构成的集成电路可以采取多种不同的设计方法、并且可以在多种不同性质的半导体材料上实现。
因为硅材料有许多优良的特性，现在大多数FET由硅材料制成。
本节要讨论的化合物半导体FET在高速、高频应用领域以及其它高温、低温、高能辐射等恶劣工作环境的应用领域中，占有很重要的地位。
FET基本类型包括金属氧化物场效应管MOSFET，金属半导体场效应管MESFET。
图8-1 HVCMOS结构示意图（CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS，NO.5，V ol 25）图8-2 碳化硅MESFET结构示意图（JOURNAL of CAEIT，No.2 V ol.4）在MESFET中，栅极金属和半导体接触构成的肖特基结起到了至关重要的控制作用，金属栅与其他的半导体材料形成的金属—半导体结具有整流特性，这种金属—半导体接触称作肖特基势垒结，这种结构形成的势垒为肖特基势垒。
形成的物理机制为当金属和n型半导体靠在一起，两种材料之间电子就会通过交换达到一个热平衡，最终使整个结的费米能级处处相等。
开始的时候，电子从金属中逃逸要比从半导体中逃逸所遇到的势垒要高。
因而在达到热平衡的过程中，有净电子流从半导体流向金属，使金属带负电，半导体带正电。
半导体中的正电荷是由界面处电子耗尽后剩余的一薄层带正电的施主离子所形成的。
复旦大学(微电子)半导体器件第八章MOSFET
n
p+ 空穴 SD SD
D B G S
+
D B
符号
G
MOSFET 的阈值电压
VT VFB 2VB
其中
功函数差
QB (d max ) qN Ad max VFB 2VB Cox Cox
VFB
Qss 1 tox x ms ( x )dx Cox Cox 0 tox
n = 550 ~ 950 cm2/Vs p = 150 ~ 250 cm2/Vs n/p=2~4
体电荷效
• 前面给出MOSFET特性公式： W 1 2 I DS Cox n VGS VT VDS VDS L 2 在该公式中认为沟道中耗尽层宽度是不变的，实际上由于漏端和 源端存在电势差，沟道的宽度当然也不一样，考虑到这个因素以 后必须计入沟道体电荷变化部分对阈值电压的贡献。
开关速度取决于对电容的 充放电和载流子渡越时间。
A
0 Von
负载线
B
Voff VDD
VDS
几种 MOS 倒相器
+VDD RD +VDD
电阻负载型 MOS 倒相器
C
M2
E-E MOS 倒相器
M1
C
+VDD
+VDD
M2
E-D MOS 倒相器
C
M2
CMOS 倒相器ห้องสมุดไป่ตู้
C
M1
M1
MOS 倒相器负载线和电压传输特性
E y ( x, y ) E x ( x, y ) x y
MOSFET 的可调电阻区 (线性区)
强反型条件下（VGS > VT） VDS 较小时 沟道中反型电子电荷面密度 Qn Cox VGS VT
MOSFET的基本原理Word版
MOSFET的基本原理功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS，并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T，则管子开通，在漏、源极间流过电流I D。
U GS超过U T越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
复旦大学半导体器件原理讲义L 小尺寸MOSFET的特性
xj 2L
⎢⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛1
+
2 yS xj
⎟⎟⎠⎞1/ 2
⎤ − 1⎥
⎥⎦
+
xj 2L
⎢⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛1
+
2 yD xj
⎟⎟⎠⎞1/
2
−
1⎥⎤⎪⎬⎫ ⎥⎦⎪⎭
≡ 1−α 1 yS + yD
L2
ΔVT = α ( yS + yD )
qε s N (A VB + 0.5VBS )
LCox
VDS ↑ F ↓ VT ↓
QB
L2
ΔVT = α ( yS + yD )
qε s N (A VB + 0.5VBS )
LCox
VDS ↑ F ↓ ΔVT ↑
抑制 VT roll-off 的措施：
1o xj ↓ 2o NA ↑ 3o tox ↓
4o VBS ↓ 5o VDS ↓
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应170/74
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应1207/74
4.1.6 短沟道 MOSFET 的亚阈特性
1. 现象
长沟道
IDSst ∝ 1/L
IDSst 与 VDS 无关 S 与 L 无关
短沟道 IDSst > 1/L
VDS ↑ IDSst ↑ L↓ S↑
长沟道 MOSFET
短沟道 MOSFET
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应1218/74
3. 轻掺杂漏结构 (LDD)
LDD 结构的电场分布
普通：
( ) E y max = VDS −VDSsat 0.22to1x/ 3 x1j/ 3
微电子器件MOSFET
φ 's = χ '+[ EC − ( EF ) S ] = χ '+ En
一、阈值电压定义 使半导体表面出现强反型，形成导电沟道 时的栅源电压即为阈值电压。 E-MOSFET: 截止 → 导通 D-MOSFET: 导通 → 截止 开启电压 夹断电压
MOS结构中的电荷分布
QG：栅电极上的面 电荷 QOX：栅氧化层中的 面电荷 Qn：反型层中导电电 子电荷面密度 QB：半导体表面耗尽层中空间电荷面密度
第一章
MOSFET I：物理效应和模型 ·
MOSFET： Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors 又称绝缘栅场效应晶体管: Insulated Gate FET 一般地，MISFET: Metal-Insulator-Semiconductor FET 特点：
pS = N Ae
− qφ S / kT
2 i
Si表面感应电荷与表面势的关系
MOS电容
COX =
CD =
CMOS 1
ε 0ε ox
tox
xd
等效电路
ε 0ε Si
COX CD = = 1 1 C + C OX D + COX CD
MOS电容C-V曲线
5.2 MOSFET结构及工作原理
一.基本结构
基本内容
MOS结构及其特性 MOSFET结构及工作原理 MOSFET阈值电压 MOSFET直流特性
短沟道MOSFET的各种模型 短沟道MOSFET的特殊效应
CMOS设计及工艺简介
1.1 MOS结构及其特性
Al、掺杂多晶硅
SiO2 MOSFET Si3N4 MNOSFET Al2O3 MAOSFET
半导体器件物理-MOSFET..30页PPT
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
第八章MOS场效应晶体管课件
ID
VGS 0 VT
VGS VT 0
4 、输出特性曲线 输出特性曲线是指 VGS >VT 且恒定时的VDS ～ID 曲线，
可分为以下 4 段：
① 线性区 当 VDS 很小时，沟道就象一个其阻值与 VDS 无关的固定 电阻，这时 ID 与 VDS 成线性关系，如图中的 OA 段所示：
② 过渡区 随着VDS 的增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲 线逐渐下弯。当VDS 增大到VD sat（饱和漏源电压）时，漏处的 可动电子消失，这称为沟道被夹断，如图中的AB 段所示。 线性区与过渡区统称为 非饱和区，有时也统称为 线性区。
要使表面发生强反型，应使表面处的 EF Eis qFP ，这时 能带总的弯曲量是 2qFP 。
此时的表面势为：S S,inv 2FP
外加栅电压超过 VFB 的部分（VG - VFB ）称为 有效栅压 。 有效栅压又可分为两部分：降在氧化层上的 VOX 与降在硅表面
附近的表面电势 S 即：VG VFB VOX S 。S 使能带发生弯 曲。表面发生强反型时 EF Eis qFP ，这时能带总的弯曲量
再随VG 而增大，表面势 S 也几乎维持 S,inv 不变。于是有：
Qn QS QA
QM QA COX VOX QA
CO（ X VG VB VFB S,inv） QA
当外加 VD ( > VS ) 后，沟道中产生电势 V ( y ) ，V ( y ) 随 y 而增加，从源处的 V ( 0 ) = VS 增加到漏处的 V ( L ) = VD 。
MS 与金属种类、半导体导电类型及掺杂浓度有关。对于
Al ～ Si 系统：
MS
- 0.6 V ～ - 1.0V ( N 沟 ) （见304页图 5-15）
MOSFET场效应管-11页文档资料
MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1.功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS 管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFETVertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。
功率MOSFET为多元集成结构，如国际整流器公司（International Rectifier）的HEXFET 采用了六边形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。
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MOSFET 的饱和区
定义 VDSsat VGS VT
(1) 当 VDS = VDSsat 时
Qn(L) = 0 反型电子消失 沟道被夹断
W 1 2 I C V V V V V V DS ox n GS T GS T GS T L 2 1 W 2 1 2 C V V V ox n GS T DSsat 2 L 2
y
B
V W DS V DS I C V V V DS ox n GS T DS R R L W L ch sh 可调电阻 严格推导（考虑到VDS 对沟道中反型电子浓度的影响）： W 1 W 2 I C V V V V 跨导参数 C n DS ox n GST DS DS ox L 2 L
第八章MOSFET
• • • • • • • • • MOSFET的类型 阈值电压 直流输出特性 跨导 击穿 高频特性 开关特性 倒相器 二级效应
MOSFET结构示意图
左图为MOSFET结构示意图。 MOSFET有增强型和耗尽型 两种，在左下图中给出。
增 强 型 ： 栅 极 不 加 电 压 时 表 面 没 有 沟 道 ， 源 和 漏 之 间 不 导 通 。 栅 极 加 电 压 使 沟 道 逐 步 形 成 ， 沟 道 内 载 流 子 逐 步 增 加 ， 导 电 能 力 逐 步 增 强 。
MOSFET 的可调电阻区 (线性区)
强反型条件下（VGS > VT） VDS 较小时 沟道中反型电子电荷面密度
V(0) = 0 0 V(L) = VDS L
Q C V V n ox GS T
反型层薄层电阻 1 Q n nd ch R sh d d ch ch 1 1 Q C V V n n n ox GS T
NMOS（增强型）
NMOS（耗尽型）
PMOS（增强型）
PMOS（耗尽型）
沟道长度调制效应
• 沟道长度调制效应使输出特性的饱和区发生倾 斜。
MOSFET 的转移特性
D
G 输入 S 输出
S
IDSsat ~ VGS（VDS为参量） 注：需保证 VDS VGS VT NMOS（增强型）
NMOS（增强型）
简化的MOSFET
为了计算方便作以下简化假设：
• • • • • 源区和漏区的电压降可以忽略不计； 在沟道区不存在产生-复合电流； 沟道电流为漂移电流； 沟道内载流子的迁移率为常数 n (E) = C ； 缓变沟道近似
E ( x ,y ) E ( x ,y ) y x x y
Q d 2 kT N p 沟 MOS V ss qN D max D ln Tp ms C C q n （PMOS） ox ox i
MOSFET 阈值电压控制
Q d 2 kT N ss qN A max A V ln Tn ms C C q n ox ox i
PMOS
增强型
n p+ 空穴
耗尽型
耗尽型
VDS
IDS 载流子运动方向
+
DS SD
SD SD
VT
+
D
D B G B G
D B G
+
D B
符号
G
S
S
S
S
MOSFET 的阈值电压
Q ( d ) qN d B max A max V V 2 V V 2 V T FB B FB B C C ox ox
d max ' total Bmax AA 0
Q qN B Im 其中 Q ( d) qN ( x ) dx qN V Im T C C ox ox
d max ' Bm ax A 0
MOSFET 的输出特性
D
G 输入 S 输出
饱和区 击穿区
S
线性区
IDS ~ VDS（VGS为参量）
耗 尽 型 ： 栅 极 不 加 电 压 时 表 面 就 有 沟 道 ，
p (或 n )
增强型 耗尽型
源 和 漏 之 间 处 于 导 通 状 态 。 栅 极 加 电 压 使 沟 道 逐 步 耗 尽 ， 导 电 能 力 逐 步 减 弱 。
MOSFET 的类型和符号
NMOS
增强型
衬底 S/D 载流子 p n+ 电子
1. 金属功函数 Wm 的影响
Mg 金属 Wm (eV) 3.35
Al 4.1
Ni 4.55
Cu 4.7
Au 5.0
Ag 5.1
n+-poly p+-poly 4.05 5.15
2. 衬底杂质浓度 NA 的影响
kT NA VB ln q ni
NA 增加 1 个数量级， VB 增加 60 mV
3. 界面固定电荷 QSS 的影响 4. 离子注入调整阈值电压
离子注入调整阈值电压
Q d 2 kT N ss qN A max A V ln Tn ms C C q n ox ox i
Rp << dmax
增强型
耗尽型
P-Si
Q ( d ) q N N ( x ) dx Q ( d ) Q ( d ) B max B max
其中
功函数差
t x Q ss 1 ox V ( x ) dx FB ms 0 C ox C ox t ox
Q q W W ms m s , 表面固定电荷
SS
在忽略氧化层中 电荷(x)的情况下
n 沟 MOS Q d 2 kT N ss qN A max A V ln （NMOS） Tn ms C C q n ox ox i