mos场效应晶体管
MOSFET
MOS晶体管MOS晶体管的概念金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。
MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。
这个名称前半部分说明了它的结构，后半部分说明了它的工作原理。
从纵向看，MOS晶体管是由栅电极、栅绝缘层和半导体衬底构成的一个三明治结构；从水平方向看，MOS晶体管由源区、沟道区和漏区3个区域构成，沟道区和硅衬底相通，也叫做MOS 晶体管的体区。
一个MOS晶体管有4个引出端：栅极、源极、漏极和体端即衬底。
由于栅极通过二氧化硅绝缘层和其他区域隔离，MOS晶体管又叫做绝缘场效应晶体管。
MOS晶体管还因为其温度稳定性好、集成化时工艺简单，而广泛用于大规模和超大规模集成电路中。
MOS管有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管，P沟道增强型管和P沟道耗尽型管。
凡栅-源电压U GS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管，凡栅-源电压U GS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。
MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC。
MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压V GS实现对水平I DS的控制。
它是多子（多数载流子）器件。
用跨导描述其放大能力。
MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中，S＝Source，G=Gate,D=Drain。
白底+9第9章MOS场效应晶体管
结论：导电因子由工艺参数 K’和设计参数 W/L 决定。
VLSI CAD, CHP.0 37
9-1-1 MOS晶体管的基本结构
• MOS晶体管--- MOSFET,金属-氧化物-半 导体场效应晶体管 • 基本结构：源区，漏区，沟道区,图1-1-2， 图1-1-1, • 主要结构参数：
– – – –
2000-9-20
沟道长度（1-1-2,栅极图形沟道长度poly,实际沟道长度S-D） 沟道宽度W (1-1-3, W= W1 +W2 +W3) 栅氧化层厚度tox 源漏区结深 Xj （见图1-1-1 ）
• 9-4- 1 MOS晶体管的本征电容 – 定义：由沟道区内的耗尽层电荷和反型层电荷随外 电压变化引起的电容。 • 9-4- 2 MOS晶体管的寄生电容 – 源漏区PN结电容：CjSB、CjDB，图1-4-6 – 覆盖电容： CGS、CGD, 图1-4-9, CGB,图1-4-9, • 9-4- 3 MOS晶体管瞬态分析的等效电路*
27
夹断现象
2000-9-20
VLSI CAD, CHP.0
28
9-3-3 饱和区沟道长度调制效应
• 现象：图1-3-9，实际I—V特性饱和区电流不饱和 • 原因：图1-3-8 • 对电流方程的修正：在下式中
W off Cox
Leff
Leff L ΔL (1.3.26)
ΔL λVDS L
• 美国，R.M.Warner, • 电子工业出版社
前言， 2
9-1 MOS晶体管工作原理
• • • • 9-1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理 9-1-2 MOS晶体管的阈值电压分析 9-1-3 MOS晶体管的电流方程 920
mos管的ks管脚
mos管的ks管脚一、mos管简介MOS管，即金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种常见的半导体器件，具有许多优良的电气性能和广泛的应用场景。
根据其结构和工作原理，可以分为N型和P型两种类型。
在MOS管中，常见的脚位包括G脚、D脚和S脚，分别代表栅极、漏极和源极。
二、mos管的ks管脚Mos管的KS脚是内部保护电路的输出脚，通常用于过流保护和过压保护。
当Mos管工作异常时，KS脚将通过内部保护电路将电压拉低或拉高，从而实现对Mos管的保护。
因此，Mos管的KS脚在电路中起着重要的作用。
三、如何测量mos管的ks管脚测量Mos管的KS脚需要使用万用表进行检测。
具体步骤如下：1.将万用表调整到欧姆档，选择适当的量程。
2.将红表笔接在Mos管的KS脚上，黑表笔接地。
3.观察万用表的读数，如果读数为几欧姆至几十欧姆，则说明Mos管的KS脚正常。
如果读数为无穷大或很大，则说明Mos管的KS脚开路或短路。
4.如果需要检测内部保护电路是否正常工作，可以在Mos管正常工作的情况下再次测量KS脚的电阻值，如果此时读数变为无穷大或很大，则说明内部保护电路已经起作用，将KS脚拉高或拉低。
四、mos管的ks管脚与电路性能的关系Mos管的KS脚与电路性能有着密切的关系。
如果Mos管的KS脚出现故障，可能会导致电路无法正常工作或者造成安全事故。
例如，如果Mos管的KS 脚开路，会导致电路无法过流或过压保护，从而损坏电路或者设备。
如果Mos管的KS脚短路，会导致电路短路，从而引起火灾等安全事故。
因此，在选择和使用Mos管时，需要特别关注其KS脚的电气性能和可靠性。
五、如何选择合适的mos管选择合适的Mos管需要考虑以下几个方面：1.额定电压：根据电路的工作电压选择合适额定电压的Mos管。
确保Mos 管的额定电压大于电路的工作电压，以保证Mos管能够正常工作并且安全可靠。
2.额定电流：根据电路的工作电流选择合适额定电流的Mos管。
mos管的作用功能
MOS管（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）具有多种功能，主要包括放大器、电子开关、时钟电路和射频放大器等。
放大器：MOS管可以放大模拟电信号，例如音频信号，使得音乐声音更加清晰、有力。
电子开关：MOS管可以作为电子开关，在电路中开启或关闭电路，从而实现电路的控制。
时钟电路：MOS管可用于制作时钟电路，例如计数器、时序电路等。
可以对输入信号进行处理，从而实现时钟信号的发生和计数。
射频放大器：MOS管可以作为射频放大器，放大无线电信号，从而增强信号的传输距离和质量。
转换数字电信号：MOS管可以将输入的模拟电信号转换成数字电信号或将数字电信号转换回模拟电信号。
在实际应用中，MOS管的多种功能使其在许多领域中得到广泛应用，例如音频放大、电源管理、通信等。
MOS场效应管
MOS场效应管MOS晶体管金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。
MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-ICMOSFET的结构MOSFET是Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的英文缩写，平面型器件结构，按照导电沟道的不同可以分为NMOS和PMOS器件。
MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGS实现对水平IDS的控制。
它是多子（多数载流子）器件。
用跨导描述其放大能力。
MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中，S＝Source，G=Gate,D=Drain。
NMOS和PMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。
简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N 型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。
如图所示，两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。
器件的栅电极是具有一定电阻率的多晶硅材料，这也是硅栅MOS器件的命名根据。
在多晶硅栅与衬底之间是一层很薄的优质二氧化硅，它是绝缘介质，用于绝缘两个导电层：多晶硅栅和硅衬底，从结构上看，多晶硅栅-二氧化硅介质-掺杂硅衬底(Poly-Si--SiO2--Si)形成了一个典型的平板电容器，通过对栅电极施加一定极性的电荷，就必然地在硅衬底上感应等量的异种电荷。
这样的平板电容器的电荷作用方式正是MOS器件工作的基础。
MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如图2所示。
图2中各部分的物理意义为：（1）LG和RG代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
场效应管和mos管的区别综述
2.3.1静态特性；其转移特性和T的转移特性，ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs
MOSFET的漏极伏安特性（输出特性）：截止区（对应于GTR的截止区）；饱和区（对应于GTR的放大区）；非饱和区（对应于GTR的饱和区）。电力MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。
开通时间ton—开通延迟时间与上升时间之和。
关断延迟时间td(off) —up下降到零起，Cin通过Rs和RG放电，uGS按指数曲线下降到UGSP时，iD开始减小为零的时间段。
下降时间tf— uGS从UGSP继续下降起，iD减小，到uGS<UT时沟道消失，ID下降到零为止的时间段。
关断时间toff—关断延迟时间和下降时间之和。
首先MOSFET结构中所附带的本征二极管具有一定的雪崩能力。通常用单次雪崩能力和重复雪崩能力来表达。当反向di/dt很大时，二极管会承受一个速度非常快的脉冲尖刺，它有可能进入雪崩区，一旦超越其雪崩能力就有可能将器件损坏。作为任一种PN结二极管来说，仔细研究其动态特性是相当复杂的。它们和我们一般理解PN结正向时导通反向时阻断的简单概念很不相同。当电流迅速下降时，二极管有一阶段失去反向阻断能力，即所谓反向恢复时间。PN结要求迅速导通时，也会有一段时间并不显示很低的电阻。在功率MOSFET中一旦二极管有正向注入，所注入的少数载流子也会增加作为多子器件的MOSFET的复杂性。
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。
mos管工艺流程
mos管工艺流程MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的场效应晶体管，广泛应用于集成电路中。
MOS管的制造需要经过一系列的工艺流程，下面将详细介绍MOS管的制造流程。
首先，制作MOS管的第一步是准备硅基片。
硅基片是制造集成电路的基础材料。
它通过切割硅单晶材料得到，然后经过多次的研磨和抛光，使得硅基片表面光洁平整。
接下来，将硅基片进行清洗，以去除表面的杂质和污染物。
清洗过程中使用一系列溶液和超声波来清洗硅基片。
清洗后，硅基片需要进行干燥，以确保表面干净无尘。
然后，在硅基片上生长一层绝缘层。
绝缘层可以是氧化硅（SiO2）或氮化硅（Si3N4），它起到隔离和保护MOS管的作用。
生长绝缘层的方法有热氧化和化学气相沉积（CVD）。
热氧化是将硅基片放入高温氧气中，使硅表面与氧气反应生成氧化硅。
化学气相沉积则是通过化学反应在硅表面沉积氮化硅。
接下来是制作栅极。
首先，在绝缘层上涂覆一层光刻胶，然后使用曝光设备将光刻胶曝光。
曝光后，用显影液去除未曝光的光刻胶，形成栅极的图案。
然后，将栅极材料（通常是多晶硅或金属）沉积在图案上，形成栅极。
然后是离子注入。
离子注入是将掺杂物注入硅基片中，以改变硅基片的导电性能。
掺杂物可以是硼（B）或磷（P），硼用于形成P型区，而磷用于形成N型区。
注入时，利用离子注入设备将掺杂物离子加速并注入硅基片，形成掺杂层。
接下来是退火步骤。
退火是将硅基片加热到高温，以恢复掺杂区的结构，并消除离子注入中的缺陷。
退火还帮助栅极材料与硅基片结合更牢固。
最后是接触孔刻蚀和金属沉积。
这一步是将接触孔刻蚀在绝缘层上，并在接触孔中沉积金属，以形成电极。
接触孔的刻蚀可以使用干法刻蚀或湿法刻蚀，金属的沉积可以使用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）。
通过以上工艺流程，MOS管的制造完成。
最后，还需要进行电气测试和封装等步骤，以确保MOS管的质量和可靠性。
总之，MOS管制造的流程复杂且涉及多个步骤，每个步骤都需要精确控制和严格的质量检测。
第八章 MOS场效应晶体管
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD 2FB
e) 氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条 件下，当 TOX = 150 nm 时：
QOX 1.8 ~ 3.0 V COX
以VGS 作为参变量，可以得到不同VGS下的VDS ～ID 曲线族， 这就是 MOSFET 的输出特性曲线。
非
饱
饱
和
和
区
区
将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区， 虚线右侧为饱和区。
5、MOSFET的类型 P 沟 MOSFET 的特性与N 沟 MOSFET 相对称，即： (1) 衬底为 N 型，源漏区为 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的极性以及 ID 的方向均与 N 沟相反。 (3) 沟道中的可动载流子为空穴。 (4) VT < 0 时称为增强型（常关型），VT > 0 时称为耗尽型
MS
QOX COX
K
2FP VS VB
1
2 2FP VS
注意上式中，通常 VS > 0，VB < 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时：
VT
MS
QOX COX
K
2 FP
1 2
2FP
这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。
同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为：
电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化
层电容，COX
OX
TOX
，TOX 为氧化层厚度。
(3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图
mos场效应晶体管
mos场效应晶体管
Mos场效应晶体管是一种由晶体管和一组极性电极组成的可控制的电晶体元件，它的构造有着三个基本构元：主要是活塞片，源极和漏极。
Mos场效应晶体管是半导体电子器件中的重要一部分，它由两个栅极桥式构成，由垂直排列的源极，漏极，活塞片和双栅极构成，通过改变活塞片的位移来改变电路参数，以实现对电路的控制，是工业等领域应用十分广泛的半导体元件。
它具有较低的截止电压，低风险，高稳定性，低功耗，高可靠性等优点，适用于低功耗、放大、抑制、调节等电路应用。
结场效应晶体管和mos管的作用
结场效应晶体管和mos管的作用
结场效应晶体管和MOS管是现代电子技术领域中使用广泛的器
件之一。
它们主要应用于放大、开关、调制等电路中，具有高速、低噪声、低功耗等优点。
结场效应晶体管，又称JFET，是一种基于PN结的半导体器件。
它的主要作用是在放大电路中作为电流源，实现对输入信号的放大。
JFET的特点是输出电阻较低，输入电阻较高，且体积小，适用于高频率放大器。
MOS管是一种基于金属-氧化物-半导体结构的器件。
它的主要作用是在数字电路中作为开关，实现对输入信号的处理。
MOS管的特点是开关速度快，功耗低，体积小，适用于大规模集成电路。
总之，结场效应晶体管和MOS管在电子技术领域中扮演着重要的角色，它们的性能优越，使得我们能够设计出更为高效、可靠的电路。
- 1 -。
4.1MOS场效应晶体管结构工作原理
绝缘栅型场效应三极管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为
增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
N沟道增强型MOSFET 的结构示意图和符号见图 4.1。其中： D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。
在。
S GD
IDSS
ID /m A
6
D
5 IDSS
+++++++++
SiO2
夹断电压
4
N+
N+
G
B
3
2
P 型衬底
S
1
B
4 3 2 1 U G S (off)
0
U GS/V
当UGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。当UGS＞0时，将使ID进一 步增加。UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对 应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟 道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如右上图所示。
从N型区引出电极，一个是漏极
D，一个是源极S。
D
D
在源极和漏极之间的绝缘层上镀
一层金属铝作为栅极G。
G
B G
B
N沟道增强型MOSFET的符号如
左图所示。左面的一个衬底在内部与
S
S
源极相连，右面的一个没有连接，使
用时需要在外部连接。 动画2-3
2 N沟道增强型MOSFET的工作原理
对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进行
可变I电D/ 阻m A区
二维mos场效应晶体管的结构
二维mos场效应晶体管（二维MOSFET）作为一种重要的半导体器件，具有结构简单、成本低廉、功耗小、速度快等优点，在电子行业得到广泛应用。
其结构设计和制造工艺对器件性能有着重要的影响。
本文将介绍二维MOSFET的结构设计及相关特点。
二、二维MOSFET的结构1. 二维MOSFET的基本结构二维MOSFET是由衬底、栅极、绝缘层和沟道层组成的。
衬底通常为p型或n型半导体材料，而栅极通常是金属或多晶硅制成的。
绝缘层位于衬底上，用于隔离栅极与衬底，常见的材料包括氧化硅或氮化硅。
沟道层是二维材料，如石墨烯或硅基石墨烯，用于传输载流子。
2. 二维MOSFET的工作原理当在栅极上施加正电压时，栅极下方的绝缘层中会形成正电荷，吸引衬底中的自由电子或空穴移动至沟道层，形成导通通道。
当施加负电压或不施加电压时，形成截至通道，器件关闭。
三、二维MOSFET的特点1. 尺寸小由于二维MOSFET采用了二维材料作为沟道层，其尺寸相比传统MOSFET得到了极大的缩小，可实现微米甚至纳米级的尺寸。
二维材料具有高载流子迁移率，使得二维MOSFET具有较快的开关速度和传输速度，适合高频应用。
3. 低功耗由于二维MOSFET的结构精简，功耗较低，可有效降低设备使用过程中的能量消耗。
4. 制造成本低制备二维材料的成本相对较低，而且制造工艺相对简单，使得二维MOSFET的制造成本大大降低。
4. 对二维材料的要求二维MOSFET对沟道层的材料要求严格，需要具有高载流子迁移率、较大电子迁移长度等特性。
目前广泛应用的二维材料包括石墨烯和硅基石墨烯。
五、结论二维MOSFET作为一种新型的场效应晶体管，具有结构简单、速度快、功耗低等优点，成为未来半导体器件行业的研究热点之一。
在实际应用中，对二维材料的研究和制备工艺的不断改进将进一步推动二维MOSFET技术的发展。
二维MOSFET的结构设计和制造工艺对其性能具有重要影响。
随着二维材料领域的不断创新和发展，相信二维MOSFET将在未来的电子器件领域大放异彩。
MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET相比双极型晶体管的优点
（1）输入阻抗高：双极型晶体管输入阻抗约为几千欧，而 场效应晶体管的输入阻抗可以达到109～1015欧； （2）噪声系数小：因为MOSFET是依靠多数载流子输运电 流的，所以不存在双极型晶体管中的散粒噪声和配分噪声； （3）功耗小：可用于制造高集成密度的半导体集成电路； （4）温度稳定性好：因为它是多子器件，其电学参数不易 随温度而变化。 （5）抗辐射能力强：双极型晶体管受辐射后β下降，这是 由于非平衡少子寿命降低，而场效应晶体管的特性与载流子 寿命关系不大，因此抗辐射性能较好。
3．高输入阻抗 由于栅氧化层的影响，在栅和其他端点之间不存在直流通道，因 此输入阻抗非常高，而且主要是电容性的。通常，MOSFET的直 流输入阻抗可以大于1014欧。 4．电压控制 MOSFET是一种电压控制器件。而且是一种输入功率非常低的器 件。一个MOS晶体管可以驱动许多与它相似的MOS晶体管；也 就是说，它有较高的扇出能力。 5．自隔离
说
明
公式（7-1）、（7-2）只适用于长沟道MOSFET。 当沟道长度较短时，必须考虑短沟道效应，管子的阈 值电压VT会随沟道长度L的减小而减小。这个问题将 在以后讨论。
7.4 MOSFET的伏安特性
为了方便起见，先作以下几个假定： （1）漏区和源区的电压降可以忽略不计； （2）在沟道区不存在复合－产生电流； （3）沿沟道的扩散电流比由电场产生的漂移电流小得多； （4）在沟道内载流子的迁移率为常数； （5）沟道与衬底间的反向饱和电流为零； （6）缓变沟道近似成立，即跨过氧化层的垂直于沟道方 向的电场分量与沟道中沿载流子运动方向的电场分量无关。
4qN D S 0 F 2kT N D ln C OX q ni
场效应管和mos管的区别综述
功率场效应晶体管MOSFET1.概述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VMOSFET （Vertical 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。
MOS场效应晶体管ppt课件
16
2. MOS管的基本工作原理
MOS 场效应晶体管的工作原理示意图
17
4.2.2 MOS 场效应晶体管的转移特性
MOS 场效应晶体管可分为以下四种类型:N沟增强型、 N沟耗尽型、P沟增强型、P沟耗尽型。 1. N沟增强型MOS管及转移特性
18
2. N沟耗尽型MOS管及转移特性 3.P沟增强型MOS管及转移特性
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象 b) 耗尽现象 c) 反型现象
3
2.表面势与表面耗尽区 下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况 下更为详细的能带图。
4
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为
F
(Ei
EF )体内 q
因此，对于P型半导体， F
如图所示，当漏源电压UDS增高到某一值时，漏源电流 就会突然增大，输出特性曲线向上翘起而进入击穿区。 关于击穿原因，可用两种不同的击穿机理进行解释：漏 区与衬底之间PN结的雪崩击穿和漏-源之间的穿通。
41
1. 漏区-衬底之间的PN结击穿 在MOS晶体管结构中，栅极金属有一部分要覆盖在漏极上。 由于金属栅的电压一般低于漏区的电位，这就在金属栅极 与漏区之间形成附加电场，这个电场使栅极下面PN结的耗 尽区电场增大，如下图，因而使漏源耐压大大降低。
a) N 沟 MOS b) P 沟 MOS
29
3. 衬底杂质浓度的影响
衬底杂质浓度对阀值电压的影响
30
4. 功函数差的影响
功函数差也将随衬底杂质浓度的变化而变化。但实验证明， 该变化的范围并不大。 从阀值电压的表示式可知，功函数越大，阀值电压越高。 为降低阀值电压，应选择功函数差较低的材料，如掺杂多 晶体硅作栅电极。
场效应管和mos管的区别
功率场效应晶体管MOSFET1.概述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VMOSFET (Vertical 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。
MOS 场效应晶体管
工作原理
mosfet通过在金属-氧化物-半导 体结构上施加电压，控制电子流动， 实现信号放大和开关作用。
结构
mosfet由栅极、源极、漏极和半导 体层组成，具有对称的结构。
mos 场效应晶体管的应用
集成电路
mosfet是集成电路中的基本元件， 广泛应用于数字电路和模拟电路 中。
工作原理概述
电压控制
导电通道的形成与消失
mos场效应晶体管是一种电压控制器 件，通过在栅极施加电压来控制源极 和漏极之间的电流流动。
随着栅极电压的变化，导电通道的形 成与消失，从而控制源极和漏极之间 的电流流动。
反型层
当在栅极施加正电压时，会在半导体 表面产生一个反型层，使得源极和漏 极之间形成导电通道。
电压与电流特性
转移特性曲线
描述栅极电压与漏极电流之间关 系的曲线。随着栅极电压的增加， 漏极电流先增加后减小，呈现出
非线性特性。
跨导特性
描述源极电压与漏极电流之间关 系的曲线。跨导反映了mos场效
应晶体管的放大能力。
输出特性曲线
描述漏极电压与漏极电流之间关 系的曲线。在一定的栅极电压下， 漏极电流随着漏极电压的增加而
增加，呈现出线性特性。
Part
03
mos 场效应晶体管的类型与 特性
nmos 场效应晶体管
总结词
NMOS场效应晶体管是一种单极型晶体管，其导电沟道由负电荷主导。
详细描述
NMOS场效应晶体管通常由硅制成，其导电沟道由负电荷主导，因此被称为 NMOS。在NMOS中，电子是主要的载流子，其源极和漏极通常为n型，而衬 底为p型。
制造工艺中的挑战与解决方案
1 2 3
mos管体效应
mos管体效应
回答：
MOS管是一种常用的场效应晶体管，其主要特点是具有高输入阻抗、低噪声、低失真等优点。
MOS管的体效应是指在MOS管的工作过程中，由于沟道中的电子密度变化而引起的电场效应。
MOS管的结构包括一个金属栅极、一个绝缘层和一个半导体沟道。
当栅极施加正电压时，栅极和沟道之间的电场会引起沟道中的电子密度变化。
由于沟道中的电子密度变化，沟道中的电场也会发生变化，从而影响MOS管的输出特性。
MOS管的体效应主要包括两个方面：沟道长度调制效应和沟道宽度调制效应。
沟道长度调制效应是指在MOS管的工作过程中，由于沟道长度的变化而引起的电场效应。
当栅极施加正电压时，沟道中的电子密度会发生变化，从而引起沟道长度的变化。
沟道长度的变化会影响沟道中的电场分布，从而影响MOS管的输出特性。
沟道宽度调制效应是指在MOS管的工作过程中，由于沟道宽度的变化而引起的电场效应。
当栅极施加正电压时，沟道中的电子密度会发生变化，从而引起沟道宽度的变化。
沟道宽度的变化会影响沟道中的电场分布，从而影响MOS管的输
出特性。
MOS管的体效应对MOS管的输出特性有很大的影响。
在MOS管的设计和制造过程中，需要考虑体效应的影响，以提高MOS管的性能和可靠性。
mos场效应管制作工艺的基本步骤
一、介绍mos场效应管MOS场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）是一种常用的场效应晶体管，被广泛应用于集成电路和功率放大器中。
它具有高输入电阻、低噪声系数、高频率特性和较高的可靠性，因此在电子行业中拥有广泛的应用。
二、MOS场效应管的制作工艺1. 基础工艺准备MOS场效应管的制作首先需要准备硅衬底，通常是n型或p型硅衬底。
在准备硅衬底之前，需要对硅片进行清洗、抛光和去除常见的杂质和附着物，以确保硅衬底表面的光洁度和平整度。
2. 渗透层制备接下来是为了增强氧化层和MOS栅极的定位而形成的渗透层的制备。
渗透层主要由P型或N型多晶硅薄膜组成，其厚度通常在200-300nm之间。
3. 氧化层生长氧化层的生长通常使用干法氧化或湿法氧化的方法。
干法氧化是通过高温下氧化气体的作用，在硅表面生长出氧化层；湿法氧化则是在加热的气氛中，采用水蒸气和氧气混合气体生长氧化层。
氧化层的厚度通常在20-300nm之间。
4. 光刻工艺在氧化层上，在所需要的位置上，通过光刻胶技术进行图案设计，然后投射紫外光，再通过显影和蚀刻等工艺将所需的图案转移到氧化层上。
5. 栅极制备在光刻工艺过程中形成的图案将作为掩膜，用于栅极的形成。
通常使用富勒烯等材料来用于栅极的制备。
6. 接触沟槽制备通过刻蚀技术，形成MOSFET的接触沟槽。
接触沟槽是用于源漏掺杂（通常为N+或P+掺杂）的区域。
7. 接触金属制备在接触沟槽中形成接触金属，通常使用铝或金属合金作为接触金属。
这一步骤需要经过金属蒸发或其他金属沉积工艺。
8. 清洗和退火对制备好的MOSFET晶体管进行清洗和热退火处理，来确保晶体管的结构完整和性能稳定。
三、总结MOS场效应管的制作工艺是一个复杂而精细的过程，需要多种材料和工艺的结合。
它的制备包括了硅片准备、渗透层制备、氧化层生长、光刻工艺、栅极制备、接触沟槽制备、接触金属制备和清洗和退火等基本步骤。
半导体器件物理_chapter5_MOS场效应晶体管讲解
MOS场效应晶体管是四端器件。
D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。 B(substrate),衬底极。 通常接地，有时为了控制电流或由
于电路结构的需要，在衬底和源之 间也加一个小偏压(VBS)。 若栅极材料用金属铝，则称“铝栅”器件；
当VG较小时，表面处的能带 只是略微向下弯曲，使表面费 米能级EF更接近本征费米能级 Ei，空穴浓度减少，电子浓度 增加，但与电离受主的空间电 荷相比仍较少，可忽略。
VG继续增大，使表面费米能级 EF与本征费米能级Ei时，表面电 子浓度开始要超过空穴浓度，
表面将从P型转为N型，称为
“弱反型”。发生弱反型时，
2、MIS结构
（1） 表面空间电荷层和反型层 表面空间电荷层和反型层实际上属于半导体表面
的感生电荷。 MIS结构上加电压后产生感生电荷的四种情况。
以P半导体的MIS结构为例。
• 当栅上加负电压，所产生的感生电荷是被吸引到表面的多子 （空穴），在半导体表面形成积累层。
• 当栅上加正电压，电场的作用使多数载流子被排斥而远离表 面，从而在表面形成由电离受主构成的空间电荷区，形成耗 尽层。此时，虽然有少子（电子）被吸引到表面，但数量很 少。这一阶段，电压的增加只是使更多的空穴被排斥走，负 空间电荷区加宽。
• 随着正电压的加大,负电荷区逐渐加宽，同时被吸引到表面 的电子也随着增加。当电压达到某一“阈值”时，吸引到表 面的电子浓度迅速增大，在表面形成一个电子导电层，即反 型层。反型层出现后，再增加电极上的电压，主要是反型层 中的电子增加，由电离受主构成的耗尽层电荷基本不再增加。
（2） 形成反型层的条件
式中QB为强反型时表面区的耗尽层电荷密度，Cox为MIS结构 中一绝缘层为电介质的电容器上的单位面积的电容：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半导体器件物理
电子与信息学院
对于表面反型层中的电子，一边是绝缘层，一边是 导带弯曲形成的一个陡坡（空间电荷区电场形成的 势垒），因此，反型层通常又称沟道。
P型半导体的表面反型层由电子构成，称为N沟道。 同理N型半导体的表面反型层由空穴构成，称为P沟道。
半导体器件物理
电子与信息学院
（3）发生强反型时，
能带向下弯曲2qVF，即表面势达到费米势的两倍：
(1)dox越大，Cox越小，阈值电压变化越大， 短沟道效应越大，为减小短沟道效应，
VT
VLSI/ULSI器件的栅氧厚度越来越薄。
(2)衬底浓度越低，xdm越大，短沟道效应越 L 大，这就是在亚微米器件中，为什么要用离
I DS
=
1 2
μnCO )2
半导体器件物理
电子与信息学院
当然，随着VDS的增大，夹断 点逐步向源端移动，有效沟道 长度将会变小，其结果将使IDS 略有增加，这是沟道长度调制 效应。
（III）击穿区
饱和区后，VDS继续增大到一定程度时，晶体管将进 入击穿区，在该区，随VDS的增加IDS迅速增大，直至 引起漏－衬底PN结击穿。
的各类电荷
电子与信息学院
• 阈值电压
VT
= VFB
+ 2VF
− QB Cox
= Vms
−
Q fc Cox
+ 2VF
− QB Cox
半导体器件物理
电子与信息学院
(2) MOSFET的电流－电压关系
• MOSFET的放大作用：由于反型层电荷强烈地依赖于 栅压，可利用栅压控制沟道电流，实现放大作用。
• 当MOSFET沟道中有电流流过时，沿沟道方向会产生 压降，使MOS结构处于非平衡状态，N型沟道的厚度、 能带连同其费米能级沿y方向均随着电压的变化发 生倾斜。
D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。
B(substrate),衬底极。
通常接地，有时为了控制电流或由
于电路结构的需要，在衬底和源之 间也加一个小偏压(VBS)。
若栅极材料用金属铝，则称“铝栅”器件；
若栅极材料用高掺杂的多晶硅，则称“硅栅”器件。目前绝 大部分芯片生产厂家是采用“硅栅”工艺。
第六章 MOS场效应晶体管
半导体器件物理
电子与信息学院
主要内容
一、MOSFET的基本结构 二、MOSFET的工作原理 三、MOSFET的直流特性曲线 四、MOSFET的种类 五、MOSFET的电容与频率特性 六、MOSFET的技术发展
半导体器件物理
电子与信息学院
随着集成电路设计和制造技术的发展，目前大部 分超大规模集成电路都是MOS集成电路。在数字集 成电路，尤其是微处理机和存储器方面，MOS集成 电路几乎占据了绝对的位置。
此外，MOS在一些特种器件，如CCD（电荷耦合器 件）和敏感器件方面应用广泛。
半导体器件物理
电子与信息学院
促进MOS晶体管发展主要有以下四大技术： (a)半导体表面的稳定化技术 (b)各种栅绝缘膜的实用化 (c)自对准结构MOS工艺 (d) 阈值电压的控制技术
半导体器件物理
电子与信息学院
6.1 MOSFET的基本结构 MOS场效应晶体管的结构
电离施主发出的场强线的一部分将终止在交界区的电离受主上，
交界区的另一部分电离受主用来终止栅极正电荷发出的场强线。
半导体器件物理
电子与信息学院
若将这种边缘效应考虑在内，VDS≈0条件下，表面耗尽 区占有的空间变成截面为梯形的立方体。与不考虑边缘 效应相比，表面耗尽区总电荷量减少，于是真正受到栅 极控制的表面空间电荷区将随沟长的缩短而减小，引起 阈值电压的漂移。
半导体器件物理
VFB
= Vms
−
Q fc COX
电子与信息学院
界面陷阱和氧化物电荷的影响
N
+ a
可移动离子电荷 Qm
K+
+++ −−−
氧化物固定电荷 Qf
氧 化物 陷 阱 电 荷 Q ot
++++
××××××××
界 面 陷 阱 电 荷 Qit
金属
SiO 2 Si
半导体器件物理
图 6-13 热 氧化硅形成的 Si − SiO 2 系 统中
半导体器件物理
电子与信息学院
(4) MOSFET的直流特性曲线
（I）MOSFET的转移特性曲线 反映了栅对漏源沟道电流的调控情况
转移特性曲线斜率gm
的大小反映了栅源电 压对漏极电流的控制
作用。gm也称为跨导
跨导的定义式如下:
gm=ΔID/ΔVGS⏐ VDS=const
半导体器件物理
电子与信息学院
（II）MOSFET的输出特性曲线
3. 用做数字逻辑电路开关及存储器使用时，亚阈值区特别重要。 这是因为亚阈值区描述了开关如何导通和截止。
4. 必须将MOSFET偏置在比 VTH 低0.5V（实例）或更低的电压值下 ，以使亚阈值区电流减小到可以忽略不计。
半导体器件物理
电子与信息学院
亚阈摆幅(s): ID-VG曲线斜率的倒数，室温下理想值是60mV/dec。
半导体器件物理
电子与信息学院
（II）饱和区
当VDS增加到使漏端沟道截面积减 小到零时，称为沟道“夹断”。
沟道夹断后，若VDS再增加，增加 的漏压主要降落在夹断点到漏之间 的高阻区，此时，漏电流基本不随 漏电压增加，因此称为饱和区。出 现夹断时的VDS称为饱和电压VDSat， 与之对应的电流为饱和漏电流IDSat。
半导体器件物理
电子与信息学院
漏源电压VDS对沟道的影响
（I）线性区
当VDS为0或较小时，沟道分布如右 图，此时VDS 基本均匀降落在沟道
中，沿沟道方向沟道截面积不相等 的现象很不明显，因此，源漏电流 IDS随VDS几乎是线性增加的。
I DS
=
μnCOX
W L
(VGS
− VT
−
1 2
VDS
)VDS
随着VDS的增加，沿沟道方向沟道截面积不相等的现象 逐步表现出来，漏端处的沟道变窄，沟道电阻增大， 使ID随VDS变化趋势减慢，偏离直线关系。
半导体器件物理
电子与信息学院
¾当表面势达到费米势的 两倍，表面电子的浓度正 好与体内多子空穴的浓度 相同，称为“强反型”。此 时，栅极电压VG称为阈值 电压VT。
半导体器件物理
电子与信息学院
¾VG继续增大，耗尽层电荷QB和表面势Vs＝VF基本不 再变化，只有反型层载流子电荷随电压VG增加而增加。
（1） 表面空间电荷层和反型层 ¾ 表面空间电荷层和反型层实际上属于半导体表面
的感生电荷。 ¾ MIS结构上加电压后产生感生电荷的四种情况。
半导体器件物理
电子与信息学院
以P半导体的MIS结构为例。
• 当栅上加负电压，所产生的感生电荷是被吸引到表面的多子 （空穴），在半导体表面形成积累层。
• 当栅上加正电压，电场的作用使多数载流子被排斥而远离表 面，从而在表面形成由电离受主构成的空间电荷区，形成耗 尽层。此时，虽然有少子（电子）被吸引到表面，但数量很 少。这一阶段，电压的增加只是使更多的空穴被排斥走，负 空间电荷区加宽。
（2） 形成反型层的条件
¾当VG较小时，表面处的能带 只是略微向下弯曲，使表面费 米能级EF更接近本征费米能级 Ei，空穴浓度减少，电子浓度 增加，但与电离受主的空间电 荷相比仍较少，可忽略。
半导体器件物理
电子与信息学院
¾VG继续增大，使表面费米能级 EF与本征费米能级Ei相等时，表 面电子浓度开始要超过空穴浓 度，表面将从P型转为N型，称 为“弱反型”。发生弱反型时， 电子浓度仍旧很低，并不起显 著的导电作用。
电子与信息学院
6.3 MOSFET的直流特性
(1) 阈值电压
• 平带电压VFB 在 实 际 的 MOS 结 构 中 ， 栅 氧 化 层 中 往 往 存 在 电 荷 （ Qfc ） ， 金 属 — 半 导 体 功 函 数 差 Vms 也 不 等 于 零 （金属和半导体的功函数的定义为真空中静止电 子的能量E0和费米能级之差），因此，当VG＝0时 半导体表面能带已经发生弯曲。为使能带平直， 需加一定的外加栅压去补偿上述两种因素的影 响，这个外加栅压值称为平带电压，记为VFB
Vs = 2VF
施加在栅电极上的电压VG为阈值电压VT：
VT
=
2VF
−
QB COX
=
2VF
+
1 COX
1
(4ε 0ε Si N AqVF ) 2
式中QB为强反型时表面区的耗尽层电荷密度，Cox为MIS结构 中一绝缘层为电介质的电容器上的单位面积的电容：
半导体器件物理
COX
= ε ε0 SiO2
TOX
半导体器件物理
电子与信息学院
6.4 短沟道效应和窄沟道效应
(1)短沟道效应
• 长沟道理论假定沟道长度大到足可以忽略边缘效应，因而 沿沟道边缘的“边缘”效应可以忽略，用缓变沟道近似对器 件进行一维分析。如果器件的沟道长度小到可以与源结和 漏结的耗尽层宽度相比拟时，源结和漏结的耗尽区将对沟 道内电势分布有着显著的影响，不能再用缓变沟道近似来 处理，而要用二维分析。同时沟道内自由载流子的漂移速 度将达到饱和,将偏离了长沟器件特性的种种现象总称为短 沟道效应。具体来说，短沟道效应主要指(1)阈值电压随沟 道长度的下降而下降；(2)沟长缩短以后，漏源间高电场使 迁移率下降，跨导下降；(3)弱反型漏电流将随沟道长度缩 小而增加，并出现夹不断的情况。