白底 9第9章MOS场效应晶体管PPT课件
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白底9第9章MOS场效应晶体管
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9-2-4 短、窄沟道效应对阈值电压的影响2
窄沟道效应 现象:图1-1-9, W方向,电场的边缘效应使W增加 分析:耗尽层体积增加--使栅压控制的耗尽层电荷增加--使阈值电压增加 公式:1-2-30 其它 场区注入使Vt增加 漏感应势垒降低效应使Vt下降 综合公式:1-2-31
9-3 电流方程
MOS晶体管的瞬态特性
2000-9-20
*
9-1,MOS晶体管工作原理
01
02
03
04
05
2000-9-20
*
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: 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 )
2000-9-20
*
9-2-2 体效应对阈值电压的影响
Vbs不是0时,产生体效应。
1
例:对 nmos管 Vbs <0,源和漏PN结反偏-- QBm 增加--阈值电压增加
计算:公式1-2-11和1-2-13(下页)
理论结果: Vbs增加,则阈值电压增加 衬底浓度增加,则阈值电压增加
实验结果:图1-2-1
1,材料: 金属类型фMS ,氧化层中的电荷QOX 半导体沟道区掺杂浓度NA 半导体材料参数 ni ; εi 2,氧化层厚度:越厚则阈值电压越大 衬底参杂高,则阈值电压越大 3,温度:温度上升,阈值电压下降 4,和器件的横向尺寸无关 调整考虑: 降低。以便降低芯片耗电。 控制器件类型 平衡对偶器管子(CMOS)
《MOS场效应晶体管》课件
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MOS场效应晶体管的制造工艺
1
制造工艺流程
MOS场效应晶体管的制造过程包括晶圆加工、掺杂、薄膜沉积、光刻和封装等 关键步骤。
2
生产中的注意事项
在MOS场效应晶体管的生产过程中,需要注意材料的纯净度、工艺参数的控制 和设备的精确性,以确保器件的质量和性能。
结束
感谢您的聆听,希望这份课件能够帮助您更好地理解MOS场效应晶体管的重 要性和应用,欢迎进一步探索和学习更多相关知识。
原则和优缺点
两种类型的MOS场效应晶体管在特性、工作模式和应用上存在一些原则和优缺点,需要根 据具体需求选择合适的类型。
MOS场效应晶体管的应用
应用领域
MOS场效应晶体管广泛应用于集成电路、通信、计 算机、消费电子等领域,是现代电子技术的重要组 成部分。
电路中的应用
MOS场效应晶体管在逻辑门、放大器、模拟电路和 功率电子等电路中发挥关键作用,满足不同应用的 要求。
MOS场效应晶体管的特性和工作原理
1 主要特性
2 工作原理
MOS场效应晶体管场效应晶体管通过控制栅极电压来调节 电流,实现信号的放大、开关和调制等功能。
MOS场效应晶体管的分类
分类介绍
MOS场效应晶体管根据栅极与通道之间的结构和电荷输运机制进行分类,主要包括增强型 和耗尽型。
《MOS场效应晶体管》课 件
通过这份课件,您将了解到有关MOS场效应晶体管的重要概念、特性、应用 及制造工艺,欢迎加入我们的学习之旅!
MOS场效应晶体管简介
MOS场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)是一种关键的电子器件,广泛应用于现 代半导体技术中。它由金属、氧化物和半导体材料构成,具有卓越的电子控制能力。
MOS场效应晶体管74026-PPT精选文档
![MOS场效应晶体管74026-PPT精选文档](https://img.taocdn.com/s3/m/30911e5aa26925c52cc5bf53.png)
正常 放大 时外 加偏 置电 压的 要求
VGS<0 ,使栅极 PN 结反偏,iG=0。
VDS>0 , 使 形 成 漏 电流iD。
问题:如果是P沟道,直流偏置应如何加?
栅源电压对沟道的控制作用
(动画2-9)
VGS 继续减小,沟道继续变窄, ID继续减小直至为0。当 当 VV =0时,在漏、源之间加有一定电压时,在漏源 GS 当 GS<0时,PN结反偏,形成耗尽层,漏源间的 漏极电流为零时所对应的栅源电压 VGS称为夹断电压 VP。 间将形成多子的漂移运动,产生漏极电流。 沟道将变窄,ID将减小。
断”。
特性曲线
vGS 2 iD IDSS (1 ) VP
v v v V G D G SD S P
(a) N沟道结型FET (b) 输出特性曲线
(b) N沟道结型FET 转移特性曲线
各类场效应三极管的特性曲线
N 沟 道 增 强 型 P 沟 道 增 强 型
绝 缘 栅 场 效 应 管
各类场效应三极管的特性曲线
N 沟 道 耗 尽 型 P 沟 道 耗 尽 型
绝 缘 栅 场 效 应 管
各类场效应三极管的特性曲线
结 型 场 效 应 管
N 沟 道
P 沟 道
场效应管参数 开启电压VGS(th) (或VT)
开启电压是 MOS增强型管的参数,栅源电压 小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。
§2.3 MOS场效应晶体管
分类
Junction type Field Effect Transistor
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
场 效 应 管
结型场效应三极管JFET
N沟道
P沟道
绝缘栅型场效应三极管IGFET Insulated Gate Field Effect Transistor
场效应晶体管基础PPT课件
![场效应晶体管基础PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/7d801059011ca300a6c390e6.png)
Q'SD (max) eNa xdT
金属 氧化物 p型半导体 金属 氧化物 p型半导体
VG VOX s ms
s 2 f p
VOX Q'SD (max) Q'ss COX
VTP
Q'SD (max) Q'ss COX
ms 2 f p
VTP
Q'SD (max) COX
OX
tOX
8、理想 C-V特性
C'
C 'OX
堆积
C 'OX
C 'FB
低频
C 'SD
强反型 中反型
耗尽
C 'min 高频 VFB 0
VT
VG
C 'OX
OX
tOX
C 'FB tOX
LD
OX OX LD s
sVth
eN a
C 'min tOX
xdT
OX OX xdT s
Q'ss
Ec EFi EF Ev
金属 氧化物 半导体
VG VOX s ms
s 0
VOX
Q'm Q'ss COX COX
VFB
Q'ss ms COX
Q'm Q'ss 0
5、 阈值电压
eVOX
es
e f p
Ec EFi EF Ev
Q'mT
Q'ss
xdT
tox
1 2
ms
Eg m 2e f p
MOS场效应晶体管课件
![MOS场效应晶体管课件](https://img.taocdn.com/s3/m/981174a7534de518964bcf84b9d528ea80c72f41.png)
形,如图6.2 。
必须指出,上述讨论未考虑到反型层中的电子是哪 里来的。若该MOS电容是一个孤立的电容,这些电子只 能依靠共价键的分解来提供,它是一个慢过程,ms级。
2023/12/22
15
MOS电容—测量
若测量电容的方法是逐点测量法—一种慢进 程,那么将测量到这种凹谷曲线。
① ⑤
②
③
④
图 5.2
区,栅极与源极扩散区都存
在着某些交迭,故客观上存
在着Cgs和Cgd。当然,引出 线之间还有杂散电容,可
以计入Cgs和Cgd。
图 5.3
2023/12/22
18
MOS电容的计算
Cg、Cd的值还与所加的电压有关:
1)若Vgs<VT,沟道未建立,MOS管漏源沟道不通。 MOS电容 C = Cox,但C 对Cd无贡献。
2023/12/22
16
MOS电容凹谷特性测量
若测量电容采用高频方法,譬如,扫频方法, 电压变化很快。共价键就来不及瓦解,反型层就 无法及时形成,于是,电容曲线就回到Cox值。 然而,在大部分场合,MOS电容与n+区接在一 起,有大量的电子来源,反型层可以很快形成, 故不论测量频率多高,电压变化多快,电容曲线 都呈凹谷形。
2023/12/22
6
MOSFET特性曲线
在非饱和区 Ids Vds C a1Vgs b1 线性工作区
在饱和区 Ids a2 Vgs VT 2
(Ids 与 Vds无关) . MOSFET是平方律器件!
Ids
饱和区
线性区
击穿区
0
2023/2 MOSFET电容的组成
的二倍。它不仅抵消了空穴,成为本征半导体,而
且在形成的反型层中,电子浓度已达到原先的空穴 浓度这样的反型层就是强反型层。显然,耗尽层厚 度不再增加,CSi也不再减小。这样,
必须指出,上述讨论未考虑到反型层中的电子是哪 里来的。若该MOS电容是一个孤立的电容,这些电子只 能依靠共价键的分解来提供,它是一个慢过程,ms级。
2023/12/22
15
MOS电容—测量
若测量电容的方法是逐点测量法—一种慢进 程,那么将测量到这种凹谷曲线。
① ⑤
②
③
④
图 5.2
区,栅极与源极扩散区都存
在着某些交迭,故客观上存
在着Cgs和Cgd。当然,引出 线之间还有杂散电容,可
以计入Cgs和Cgd。
图 5.3
2023/12/22
18
MOS电容的计算
Cg、Cd的值还与所加的电压有关:
1)若Vgs<VT,沟道未建立,MOS管漏源沟道不通。 MOS电容 C = Cox,但C 对Cd无贡献。
2023/12/22
16
MOS电容凹谷特性测量
若测量电容采用高频方法,譬如,扫频方法, 电压变化很快。共价键就来不及瓦解,反型层就 无法及时形成,于是,电容曲线就回到Cox值。 然而,在大部分场合,MOS电容与n+区接在一 起,有大量的电子来源,反型层可以很快形成, 故不论测量频率多高,电压变化多快,电容曲线 都呈凹谷形。
2023/12/22
6
MOSFET特性曲线
在非饱和区 Ids Vds C a1Vgs b1 线性工作区
在饱和区 Ids a2 Vgs VT 2
(Ids 与 Vds无关) . MOSFET是平方律器件!
Ids
饱和区
线性区
击穿区
0
2023/2 MOSFET电容的组成
的二倍。它不仅抵消了空穴,成为本征半导体,而
且在形成的反型层中,电子浓度已达到原先的空穴 浓度这样的反型层就是强反型层。显然,耗尽层厚 度不再增加,CSi也不再减小。这样,
场效应晶体管及其放大电路PPT
![场效应晶体管及其放大电路PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/82b12bca08a1284ac8504371.png)
(3) 在N沟道JFET中,uGS和UGS(off)均为负值。
在P沟道JFET中,uGS和UGS(off)均为正值。
3.1.3
结型场效应管的伏安特性
+ + – –
在正常情况下,iG =0,管子无输入特性。
1.输出特性(漏极特性)
+ +
6
4
2
可 变 电 阻 区
–
–
放大区
特性曲线
0
10
20
截止区
6
(2)当管子工作于恒流区时,转移特性曲线基本重合。
I DSS
当管子工作于恒流区时
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
I DSS iD uGS 0 V
uDS U GS(off)
称为零偏漏极电流
3.1.4
结型场效应管的主要电参数
1.直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
=0
G D
+ + P P
UGS(off)——
栅源截止电压 或夹断电压
N型导电沟
N
道
P+
当uDS=0时,uGS对沟道的控制作用动画演示
2.当uGS =0时,uDS对沟道的控制作用 – S =0 G + D
P+
N型导电沟
N
道
P+
a.0<uDS<|UGS(off)|
(a) 漏极电流iD≠0 uDS增大,iD增大。 (b) 沿沟道有电位梯度 (c)沿沟道PN结 反偏电压不同
– S =0 G
+ D
P+
N型导电沟
uDS 道
N
场效应晶体管放大电路优秀课件
![场效应晶体管放大电路优秀课件](https://img.taocdn.com/s3/m/c74a110b3a3567ec102de2bd960590c69ec3d809.png)
-15 -10 -5 O
G PN S
场效应晶体管放大电路优秀课件
uDS +
G
N P
_
uGS
_
4
uGS / V
D iD
+
S
uDS
_
• 另:NPN型晶体管与 PNP型晶体管特性曲线 也以纵轴对称
c iB P iC bN
P iE e
iB =80uA
iC / mA 40
i B 40uA
i B 20 uA
不易受静电影响
易受静电影响
不易大规模集成
适宜大规模和超大规模集成
场效应晶体管放大电路优秀课件
场效应管放大电路
c
D
D
b
G
G
e
S
场效应晶体管放大电路优秀课件
B
S
共源组态基本放大电路
VDD
VDD
R g1
R d C2
Rg1
Rd
C2
C1
VT ID
C1
VT
ui
R g2 U G U S
Rs
Cs
uo
ui
i B 5 uA -3 -2 -1
30
20
10 uCE/ V
O
iB / uA 40
30
20
10
场效应晶体管放大电路优秀课件
0.5
O
u BE / V
晶体管类型 项目
结构
BJ双极T型V晶体S管(FBJTE) T
场效应晶体管(FET)
NPN型 PNP型
结
型:N沟道, P沟道
绝缘栅增强型: N沟道 ,P沟道
Cs
R
《场效应晶体管》课件
![《场效应晶体管》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/0bce3e6ea4e9856a561252d380eb6294dc88226b.png)
压力
在制造过程中,压力也是一个重要的参数,它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度,从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数,不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成,时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中,气体流量是关键的参数之一, 它能够影响材料的生长速度和均匀性,从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三:场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果,理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四:场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸,提高集成度和能效比,同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术,如纳米线、纳米孔等新型器件结构,以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展,包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展,对场效应晶体管的性能要求也越来 越高,需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一:场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二:场效应晶体管放大电路的搭建与 测试
在制造过程中,压力也是一个重要的参数,它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度,从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数,不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成,时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中,气体流量是关键的参数之一, 它能够影响材料的生长速度和均匀性,从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三:场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果,理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四:场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸,提高集成度和能效比,同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术,如纳米线、纳米孔等新型器件结构,以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展,包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展,对场效应晶体管的性能要求也越来 越高,需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一:场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二:场效应晶体管放大电路的搭建与 测试
场效应晶体管及其应用资料课件
![场效应晶体管及其应用资料课件](https://img.taocdn.com/s3/m/24bab0e4b1717fd5360cba1aa8114431b90d8edb.png)
在模拟电路中的应用
信号放大
在模拟电路中,场效应管 可作为放大器使用,具有 低噪声、高输入阻抗等优 点。
混频器和振荡器
场效应管可用于构建混频 器和振荡器,用于信号处 理和通信系统。
电源管理
在电源电路中,场效应管 可用来调节电压和电流, 实现高效的电源管理。
在功率电路中的应用
电源开关
在功率电路中,场效应管可作为 电源开关使用,实现高效、快速
注入的均匀性和准确性。
设备选择
03
根据具体的制造工艺选择相应的设备,如氧化炉、光刻机、刻
蚀机和离子注入机等。
06
实际应用案例分析
场效应晶体管在微处理器中的应用
场效应晶体管在微处理器中作 为开关元件,控制电流的通断 。
由于其高速开关特性和低导通 电阻,场效应晶体管在微处理 器中能够实现高速、低功耗的 数据传输。
可靠性问题
随着使用时间的增长,场效应晶体管可能会出现老化、失效等问题 ,影响电子设备的稳定性和寿命。
能效问题
目前场效应晶体管的能效还有待提高,尤其是在低电压、低功耗的 应用场景下,需要进一步优化设计。
未来的发展趋势与前景
新材料与新工艺
绿色环保
随着新材料和先进工艺的发展,场效 应晶体管将不断优化,实现更高的性 能和更低的功耗。
结构
场效应晶体管由源极、漏极、栅极和基片组成,其中栅极通 过绝缘层与基片隔离,通过改变输入电压来控制输出电流。
02
场效应晶体管的性能参数
直流参数
开启电压
指场效应管正常工作所需的最 小电压,也称阈值电压。
漏源饱和电压
当漏极电流达到最大时,对应 的漏源电压称为漏源饱和电压 。
跨导
表示场效应管放大能力的参数 ,定义为电压变化量与电流变 化量的比值。
MOS场效应晶体管ppt课件
![MOS场效应晶体管ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/384368ce8662caaedd3383c4bb4cf7ec4bfeb645.png)
MOS 场效应晶体管基本结构示意图
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。
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。
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• 高的阈值电压用高的衬底掺杂完成,但击穿电压 低、结电容大、体校应系数大。
• 做法:离子注入产生局部高的衬底浓度,注入和 衬底相同类型的杂质。
• 例2 :耗尽型器件要低或相反的阈值电压
• 做法:离子注入和衬底相反类型的杂质,以便形 成原始沟道。
2000-9-20
15
9-2-4 短、窄沟道效应对阈值电压的影响1
第九章MOS场效应晶体管
• 9-1, MOS 管基本原理 • 9-2, MOS 管的电学参数1阈值电压 • 9-3,电流方程 • 9-4,其他电学参数
2000-9-20
1
第九章Mos场效应晶体管原理
• 参考书:
• 双极型与MOS半导体器件原理
• 黄均鼎 汤庭鳌 编著 • 复旦大学出版社
• 晶体管原理 • 半导体器件电子学(英文版)
• 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:
– 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 )
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9-2-1影响V t的基本因素
• 1,材料:
ф – 金属类型 MS ,氧化层中的电荷QOX
– 半导体沟道区掺杂浓度NA
ε – 半导体材料参数 ni ; i
• 2,氧化层厚度:越厚则阈值电压越大 • 衬底参杂高,则阈值电压越大 • 3,温度:温度上升,阈值电压下降 • 4,和器件的横向尺寸无关 • 调整考虑:
• 短沟道效应
• 现象:图1-2-5, L方向,源漏耗尽区横向 扩展使有效的L下降。
• 分析:耗尽层体积减小--使栅压控制的耗 尽层电荷减少--使阈值电压降低
• 公式:1-2-29 • 计算结果:图1-2-6
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9-2-4 短、窄沟道效应对阈值电压的影响2
• 窄沟道效应
• 现象:图1-1-9, W方向,电场的边缘效应使W增加 • 分析:耗尽层体积增加--使栅压控制的耗尽层电
荷增加--使阈值电压增加 • 公式:1-2-30
• 其它
– 场区注入使Vt增加
– 漏感应势垒降低效应使Vt下降
• 综合公式:1-2-31
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9-3 电流方程
– 四端器件图 (1-3-1) – 2维电场 (1-3-2) – 推导近似 – 方程推导和结果(式1-3-9)
IDβ(VG-SV F-B 2F)VD-S1 2VD2 S
– (图1-1-6,截止区,线性区,饱和区,击穿区)
• 问题:为什么MOS晶体管也叫单极晶体管?
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9-1-3 MOS晶体管的分类
• 按导电类型:
– NMOS管: N沟道 MOS晶体管 – PMOS管: P沟道 MOS晶体管
• 按工作机制分:
– 增强型器件:(也叫常截止器件) – 耗尽型器件:(也叫常导通器件) – 图1-1-9
-3 2rB(2FVBS VD)S32(2FVB)S32
• 美国,R.M.Warner, • 电子工业出版社
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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 • 9-1-4 MOS晶体管的瞬态特性
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9-1,MOS晶体管工作原理
• 1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理 • 1-2 MOS晶体管的阈值电压分析 • 1-3 MOS晶体管的电流方程 • 1-4 MOS晶体管的瞬态特性
• 补充:1-5 MOS晶体管的其它电学参数1
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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
• 阈值电压V t:决定MOS管状态的关键。 • Vgs < V t :截止态; • Vgs > V t:导通态。
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9-2-1 影响阈值电压的因素
• 定义:V t= Vgs |表面强反型时
• 表达式: –V t= V FB+2фF-QBm/Cox
• 电压降在平带电压,强反型电压,栅氧化层
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9-1-4 MOS晶体管的结构特点
• 结构简单面积小-------便于集成 • 输入阻抗很高-------级间可以直接耦合 • 源漏对称-------------电路设计灵活 • 有效工作区集中在表面,和衬底隔离
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9-2 MOS管的阈值电压分析
• 阈值电压定义:使沟道区源端半导体表 面达到强反型所需要的栅压。
• Vbs增加,则阈值电压增加
• 衬底浓度增加,则阈值电压增加
– 实验结果:图1-2-1Βιβλιοθήκη 2000-9-2013
体效应公式
VTVFB2 FQ'Bm
Cox
Q B m '-20S iq N A (2F V B S), V B S0
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9-2-3 离子注入调节阈值电压
• 例1:增强型器件要高的阈值电压
– 降低。以便降低芯片耗电。 – 控制器件类型 – 平衡对偶器管子(CMOS)
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9-2-2 体效应对阈值电压的影响
– Vbs不是0时,产生体效应。 – 例:对 nmos管 Vbs <0,源和漏PN结反
偏-- QBm 增加--阈值电压增加 – 计算:公式1-2-11和1-2-13(下页) – 理论结果:
5
9-1-2 MOS管基本工作原理
• 工作原理--栅压控制器件 (1-1-4能带图)
– Vgs=0,截止 – 0< Vgs < V t,截止(沟道表面耗尽、弱反型) – Vgs > V t (图1-3-3)开启
• 情况1:Vds=0 • 情况2: Vds>0
• 转移特性曲线(图1-1-5,漏级电流,栅压,漏压,阈值电压) • 输出特性曲线---I-V曲线
• 计算:将公式1-1-3到1-2-8代入上式
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VTVFB 2FQ Bm(1.2.1)
Cox
VFB M-SQ CO OX X (1.2.6)
FkqΤlnΝ nΑ i
(1.2.2)
QBm- 2ε0εSiqNA(2F)
C ox εt0o εoxx
(1.2.5)
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• 做法:离子注入产生局部高的衬底浓度,注入和 衬底相同类型的杂质。
• 例2 :耗尽型器件要低或相反的阈值电压
• 做法:离子注入和衬底相反类型的杂质,以便形 成原始沟道。
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9-2-4 短、窄沟道效应对阈值电压的影响1
第九章MOS场效应晶体管
• 9-1, MOS 管基本原理 • 9-2, MOS 管的电学参数1阈值电压 • 9-3,电流方程 • 9-4,其他电学参数
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第九章Mos场效应晶体管原理
• 参考书:
• 双极型与MOS半导体器件原理
• 黄均鼎 汤庭鳌 编著 • 复旦大学出版社
• 晶体管原理 • 半导体器件电子学(英文版)
• 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:
– 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 )
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9-2-1影响V t的基本因素
• 1,材料:
ф – 金属类型 MS ,氧化层中的电荷QOX
– 半导体沟道区掺杂浓度NA
ε – 半导体材料参数 ni ; i
• 2,氧化层厚度:越厚则阈值电压越大 • 衬底参杂高,则阈值电压越大 • 3,温度:温度上升,阈值电压下降 • 4,和器件的横向尺寸无关 • 调整考虑:
• 短沟道效应
• 现象:图1-2-5, L方向,源漏耗尽区横向 扩展使有效的L下降。
• 分析:耗尽层体积减小--使栅压控制的耗 尽层电荷减少--使阈值电压降低
• 公式:1-2-29 • 计算结果:图1-2-6
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9-2-4 短、窄沟道效应对阈值电压的影响2
• 窄沟道效应
• 现象:图1-1-9, W方向,电场的边缘效应使W增加 • 分析:耗尽层体积增加--使栅压控制的耗尽层电
荷增加--使阈值电压增加 • 公式:1-2-30
• 其它
– 场区注入使Vt增加
– 漏感应势垒降低效应使Vt下降
• 综合公式:1-2-31
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9-3 电流方程
– 四端器件图 (1-3-1) – 2维电场 (1-3-2) – 推导近似 – 方程推导和结果(式1-3-9)
IDβ(VG-SV F-B 2F)VD-S1 2VD2 S
– (图1-1-6,截止区,线性区,饱和区,击穿区)
• 问题:为什么MOS晶体管也叫单极晶体管?
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9-1-3 MOS晶体管的分类
• 按导电类型:
– NMOS管: N沟道 MOS晶体管 – PMOS管: P沟道 MOS晶体管
• 按工作机制分:
– 增强型器件:(也叫常截止器件) – 耗尽型器件:(也叫常导通器件) – 图1-1-9
-3 2rB(2FVBS VD)S32(2FVB)S32
• 美国,R.M.Warner, • 电子工业出版社
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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 • 9-1-4 MOS晶体管的瞬态特性
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9-1,MOS晶体管工作原理
• 1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理 • 1-2 MOS晶体管的阈值电压分析 • 1-3 MOS晶体管的电流方程 • 1-4 MOS晶体管的瞬态特性
• 补充:1-5 MOS晶体管的其它电学参数1
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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
• 阈值电压V t:决定MOS管状态的关键。 • Vgs < V t :截止态; • Vgs > V t:导通态。
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9-2-1 影响阈值电压的因素
• 定义:V t= Vgs |表面强反型时
• 表达式: –V t= V FB+2фF-QBm/Cox
• 电压降在平带电压,强反型电压,栅氧化层
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9-1-4 MOS晶体管的结构特点
• 结构简单面积小-------便于集成 • 输入阻抗很高-------级间可以直接耦合 • 源漏对称-------------电路设计灵活 • 有效工作区集中在表面,和衬底隔离
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9-2 MOS管的阈值电压分析
• 阈值电压定义:使沟道区源端半导体表 面达到强反型所需要的栅压。
• Vbs增加,则阈值电压增加
• 衬底浓度增加,则阈值电压增加
– 实验结果:图1-2-1Βιβλιοθήκη 2000-9-2013
体效应公式
VTVFB2 FQ'Bm
Cox
Q B m '-20S iq N A (2F V B S), V B S0
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9-2-3 离子注入调节阈值电压
• 例1:增强型器件要高的阈值电压
– 降低。以便降低芯片耗电。 – 控制器件类型 – 平衡对偶器管子(CMOS)
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9-2-2 体效应对阈值电压的影响
– Vbs不是0时,产生体效应。 – 例:对 nmos管 Vbs <0,源和漏PN结反
偏-- QBm 增加--阈值电压增加 – 计算:公式1-2-11和1-2-13(下页) – 理论结果:
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9-1-2 MOS管基本工作原理
• 工作原理--栅压控制器件 (1-1-4能带图)
– Vgs=0,截止 – 0< Vgs < V t,截止(沟道表面耗尽、弱反型) – Vgs > V t (图1-3-3)开启
• 情况1:Vds=0 • 情况2: Vds>0
• 转移特性曲线(图1-1-5,漏级电流,栅压,漏压,阈值电压) • 输出特性曲线---I-V曲线
• 计算:将公式1-1-3到1-2-8代入上式
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VTVFB 2FQ Bm(1.2.1)
Cox
VFB M-SQ CO OX X (1.2.6)
FkqΤlnΝ nΑ i
(1.2.2)
QBm- 2ε0εSiqNA(2F)
C ox εt0o εoxx
(1.2.5)
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