MOS晶体管击穿特性研究

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功率场效应晶体管(MOSFET)原理3

功率场效应晶体管(MOSFET)原理3

功率场效应晶体管(MOSFET)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VV MOSFET和双扩散VD MOSFET。

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。

{{分页}}1、静态特性(1)输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。

功率场效应晶体管MOSFET特性试验研究及仿真 - 副本

功率场效应晶体管MOSFET特性试验研究及仿真 - 副本
ID=f(Vsd)等的测试研究及仿真;
3、纯电阻及阻感负载时,MOSFET开关特性的测试研究;
二、基本要求
1、学功率场效应晶体管MOSFET的有关参数的测定方法和工作原理,设计实验步骤,做线路搭接并进行实验研究。
2、实验数据整理、绘制曲线,对实验结果和理论结果进行对比分析。
3、使用MATLAB软件对各主电路进行仿真。
放大原理和主要参数辅以实验来化解和提高学习效率是研究场效应管行之有效的方法。但由于目前MOS场效应管的实验装置普遍存在弊端,即实验装置没有充分考虑到场效应管易损的因素,即实验者误操作、带电连接电路,造成实验中场效应管大量损坏,导致实验不能顺利完成,乃至正常开展。经调查,目前高校开展MOS场效应管测试实验的较少,无法深入甚至放弃。
场效应管是一种电压控制半导体器件,应用非常广泛。目前与我们的日常生活高度相关,如现代电子计算机、超大规模成电路、数码相机、开关电源、控制电路、液晶电视、数码音响、热释电传感器等就是以场效应管为基本器件构成和发展起来的。
MOS场效应管由于特殊的结构和工艺,其栅极与导电沟道没有电接触,即绝缘的,故它的输入电阻很高,可达109Ω以上,工作时几乎栅极不取电流,又栅-源极间电容非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。通俗地说,MOS场效应管比较“娇气”。因此MOS场效应管出厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G极与S极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。
1、当需要进入实验室做毕设实验研究时,一定要遵守实验室学生守则。
2、不准在实验室内吸烟,喧哗、打闹等。不准在实验室内吃零食。
3、要爱护设备、仪器、仪表,轻拿轻放。旋钮使用不要用力过猛,防止机械性损坏;不要超量程扭动,以确保仪器、仪表等的完好和安全使用。

MOS晶体管击穿特性研究

MOS晶体管击穿特性研究

微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究班级:微电子0901学号:******姓名:***指导老师:****日期:2012.5.20一、目的研究MOSFET漏源极击穿特性,主要包括:1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响3.介绍源漏穿通穿通二、工作原理当V DS增大到漏源击穿电压BV DS的值时,反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿,或在漏区与源区之间发生穿通。

这时I D将迅速上升,如图所示。

通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度,可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线三、仿真过程首先构建NMOS结构源代码如下:go athena# 网格定义(创建非均匀网格)# Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)line x loc=0.00 spac=0.10line x loc=0.20 spac=0.01line x loc=0.60 spac=0.01#line y loc=0.00 spac=0.008line y loc=0.2 spac=0.01line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#初始衬底参数:浓度、晶向等(浓度1.0e14/cm2晶向100方向)# Initial Silicon Structure with <100> Orientationinit silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d# 栅极氧化及优化(使氧化层厚度约为100A)# Gate Oxidationdiffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3# 提取栅极厚度#extract name="Gateoxide" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.3# 阈值电压调整注入(注入9.5e11/cm2的)# Threshold Voltage Adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal# 多晶硅淀积# Conformal Polysilicon Depositiondeposit polysilicon thick=0.20 divisions=10# 多晶硅刻蚀# Poly Definitionetch polysilicon left p1.x=0.35# 多晶硅氧化# Polysilicon Oxidationmethod fermi compressdiffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00# 多晶硅参杂# Polysilicon Dopingimplant phosphor dose=3e13 energy=20 crystal# 隔离氧化层淀积# Spacer Oxide depositiondeposit oxide thick=0.12 divisions=10# 侧墙氧化隔离层的形成etch oxide dry thick=0.12# Source/Drain Implant# 源漏注入implant arsenic dose=5e15 energy=50 crystal# 源漏退火method fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00# 刻蚀通孔# Open Contact Windowetch oxide left p1.x=0.2# 铝淀积# Aluminum Depositiondeposit aluminum thick=0.03 divisions=2# 刻蚀铝电极# Etch Aluminumetch aluminum right p1.x=0.18#计算结深extract name="nxj" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.2 junc.occno=1 #获得N++源漏极方块电阻extract name="n++ sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \x.val=0.05 region.occno=1#测量LDD方块电阻extract name="ldd sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \x.val=0.3 region.occno=1#测量长沟倒阈值电压extract name="1dvt" 1dvt ntype qss=1e10 x.val=0.5#结构镜像struct mirror right#定义电极electrode name=source x=0.1#electrode name=drain x=1.1#electrode name=gate x=0.6#electrode name=backside backside#struct outfile=nmos1.str生成结构后,进行仿真源代码如下:go atlas##调用结构文件mesh infile=nmos.str##指定接触面特性contact name=gate n.polysiliconinterf qf=3E10# Set modelsmodels print cvt consrh#用于击穿分析的雪崩碰撞电离模型impact selbmethod newton trap climit=1e-4 #注①## open log filelog outf=mos1.logsolve vdrain=0.025solve vdrain=0.05solve vdrain=0.1solve vdrain=0.5solve vstep=0.25 vfinal=12 name=drain compl=1e-7 cname=drain #注②#save outf=mos1_1.str#extract name="NVbd" x.val from curve(abs(v."drain"),abs(i."drain")) where y.val=1e-9tonyplot mos1.log -set mos1_log.settonyplot mos1_1.str -set mos1_1.setquit四、结果与讨论首先,对衬底掺杂浓度对击穿电压的影响进行了研究,将init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d 语句中的浓度参数进行了调整分别使c.boron=1.0e15 和c.boron=1.0e17经过仿真可得到一组图像:c.boron=1.0e15 c.boron=1.0e16 c.boron=1.0e171e151e161e17而后研究了栅氧厚度对击穿电压的影响,栅氧厚度可通过Optimizer选项修改,通过优化过程,将扩散过程语句diffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3分别改为diffus time=11 temp=985.969 dryo2 press=1.12818 hcl.pc=3 和diffus time=11 temp=865.817 dryo2press=0.944327 hcl.pc=3 得到了氧化层厚度200Å和50Å,并得到击穿特性如图:100Å 200Å 50Å50 Å100Å200 Å五、总结此次验证的是MOSFET漏源极击穿特性,当源极与衬底相连时,漏源电压VDS对漏PN结是反向电压。

MOS管被击穿的原因及解决方案(全)

MOS管被击穿的原因及解决方案(全)

MOS管被击穿的原因及解决方案(转)而MOS管被击穿的原因及解决方案如下:第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。

虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。

组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。

要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。

对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。

第二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。

而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MOS管应可防止此种失效的发生。

还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。

所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。

附录:静电的基本物理特征为:有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流。

这三种情形会对电子元件造成以下影响:1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命。

2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)。

3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。

上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。

如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。

静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说:电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。

mos管击穿原理

mos管击穿原理

mos管击穿原理引言:MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种常见的场效应晶体管,被广泛应用于各种电子设备中。

然而,MOS管在特定条件下可能会遭受击穿现象,从而导致设备故障或损坏。

本文将详细介绍MOS管击穿原理及其影响因素,并探讨如何避免击穿现象的发生。

一、MOS管的基本结构MOS管由金属栅极、氧化物层和半导体基底构成。

金属栅极位于氧化物层之上,而氧化物层又位于半导体基底之上。

这种结构使得MOS管能够通过调节栅极电压来控制电流的流动,从而实现信号放大或开关控制的功能。

二、MOS管的击穿现象MOS管的击穿现象指的是在一定条件下,栅极和基底之间的电压超过一定阈值,使得电流大幅度增加,导致器件失效。

根据击穿的具体表现形式,可以将MOS管的击穿分为以下几种类型:1. 雪崩击穿:雪崩击穿是指当栅极和基底之间的电压超过阈值时,迁移率较高的电子或空穴在电场的作用下,获得足够的能量,与原子碰撞后产生新的电子空穴对。

这些新的电子空穴对继续获得能量并与其他原子碰撞,形成一系列的电子空穴对,导致电流急剧增加。

2. 倒向击穿:倒向击穿是指当栅极和基底之间的电压过大时,使得半导体材料中的载流子被强电场加速,从而导致电流增加。

倒向击穿主要发生在栅极电压为负值时。

3. 隧穿击穿:隧穿击穿是指当栅极和基底之间的电压过大,电场足够强时,电子能够跨越禁带宽度,通过氧化物层隧穿到达基底区域,形成电流增加的现象。

三、影响MOS管击穿的因素MOS管的击穿与多种因素有关,下面将介绍几个主要的影响因素:1. 栅极电压:栅极电压是影响MOS管击穿的关键因素。

当栅极电压超过一定阈值时,击穿现象就会发生。

因此,在设计电路时,需要合理控制栅极电压,以避免击穿的发生。

2. 环境温度:环境温度对MOS管的击穿特性有一定影响。

一般情况下,当环境温度升高时,击穿电压会有所降低。

因此,在高温环境下使用MOS管时,需要注意其耐压能力。

场效应晶体管参数测量的实验报告(共9篇)

场效应晶体管参数测量的实验报告(共9篇)

场效应晶体管参数测量的实验报告(共9篇)实验2、场效应晶体管参数测量实验二场效应晶体管特性的测量与分析一前言场效应晶体管不同于一般的双极晶体管。

场效应晶体管是一种电压控制器件。

从工作原理看,场效应晶体管与电子管很相似,是通过改变垂直于导电沟道的电场强度去控制沟道的导电能力,因而称为“场效应”晶体管。

场效应晶体管的工作电流是半导体中的多数载流子的漂移流,参与导电的只有一种载流子,故又称“单极型”晶体管。

通常用“FET”表示。

场效应晶体管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(MISFET)两大类。

目前多数绝缘栅型场效应应为金属-氧化物-半导体(MOS)三层结构,缩写为MOSFET。

本实验对结型、MOS型场效应管的直流参数进行检测。

场效应管按导电沟道和工作类型可分为:???耗尽型??n沟????增强型MOSFET???耗尽型?? FET?p沟??增强型?????JFET?n沟?耗尽型???p沟???检测场效应管特性,可采用单项参数测试仪或综合参数测试仪。

同时,场效应管与双极管有许多相似之处,故通常亦采用XJ4810半导体管图示仪检测其直流参数。

本实验目的是通过利用XJ4810半导体管图示仪检测场效应管的直流参数,了解场效应管的工作原理及其与双极晶体管的区别。

二实验原理1. 实验仪器实验仪器为XJ4810图示仪,与测量双极晶体管直流参数相似,但由于所检测的场效应管是电压控制器件,测量中须将输入的基极电流改换为基极电压,这可将基极阶梯选择选用电压档(伏/级);也可选用电流档(毫安/级),但选用电流档必须在测试台的B-E间外接一个电阻,将输入电流转换成输入电压。

测量时将场效应管的管脚与双极管脚一一对应,即G(栅极)? B(基极);S(源极)? E(发射极);D(漏极)? C(集电极)。

值得注意的是,测量MOS管时,若没有外接电阻,必须避免阶梯选择直接采用电流档,以防止损坏管子。

另外,由于场效应管输入阻抗很高,在栅极上感应出来的电荷很难通过输入电阻泄漏掉,电荷积累会造成电位升高。

4HSiC埋沟MOSFET击穿特性模拟研究

4HSiC埋沟MOSFET击穿特性模拟研究

西安电子科技大学硕士学位论文4H-SiC埋沟MOSFET击穿特性模拟研究姓名:夏杰申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:张义门20060101摘要碳化硅材料有着包括禁带宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度快等等物理性质方面的优势,这决定了碳化硅材料在高温、高频、高辐射等这些相对极端的环境下发挥重要的作用。

同时,埋沟MOSFET(在SiO2/SiC界面注入一层N型掺杂层)的出现很好地避免了SiC/SiO2界面对载流子输运的影响。

为了更好地发挥碳化硅埋沟MOSFET在功率性能的优势和潜力,必须对器件的电学击穿特性进行较为深入的模拟研究。

本文的主要工作有:研究了4H-SiC埋沟MOSFET的基本结构模型及其参数,其中主要包括迁移率模型及其参数、不完全电离模型和碰撞离化模型,验证了器件的工作机理,讨论了器件的基本特性,验证了埋沟MOSFET相对传统MOSFET的优势;研究了4H-SiC埋沟MOSFET的高温特性。

为接下来讨论4H-SiC埋沟MOSFET的击穿特性奠定了基础。

为正确地模拟4H-SiC埋沟MOSFET的击穿特性,合理地设置了器件的深度和漏区的宽度。

介绍了4H-SiC埋沟MOSFET的基本击穿机理;比较了埋沟和传统MOSFET的击穿特性,埋沟器件的击穿电压大说明了它在高压器件方面具有一定的优势;讨论了4H-SiC埋沟MOSFET的各个结构参数对器件击穿特性的影响,包括埋沟沟道掺杂浓度、沟道深度、衬底掺杂浓度、氧化层厚度、场板等;最后,介绍了环境温度对器件击穿特性的影响等。

结果表明:4H-SiC埋沟MOSFET击穿电压随着栅压、沟道掺杂浓度、埋沟深度、氧化层厚度增大而增大;随着衬底掺杂浓度增大而减小;随着场板的出现而增大;另外,击穿电压随着温度的升高而增大。

这将对4H-SiC埋沟MOSFET在今后研究中起到指导作用。

介绍了4H-SiC埋沟MOSFET研制的最新实验情况。

实验测试表明所有器件的阈值电压都为正,说明器件都是增强型的;器件I-V特性都具有较好的线性区和饱和区;最高的有效迁移率约为90cm2/Vs。

半导体器件物理施敏答案

半导体器件物理施敏答案

半导体器件物理施敏答案【篇一:施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》施敏 s.m.sze,男,美国籍,1936年出生。

台湾交通大学电子工程学系毫微米元件实验室教授,美国工程院院士,台湾中研院院士,中国工程院外籍院士,三次获诺贝尔奖提名。

学历:美国史坦福大学电机系博士(1963),美国华盛顿大学电机系硕士(1960),台湾大学电机系学士(1957)。

经历:美国贝尔实验室研究(1963-1989),交通大学电子工程系教授(1990-),交通大学电子与资讯研究中心主任(1990-1996),国科会国家毫微米元件实验室主任(1998-),中山学术奖(1969),ieee j.j.ebers奖(1993),美国国家工程院院士(1995), 中国工程院外籍院士 (1998)。

现崩溃电压与能隙的关系,建立了微电子元件最高电场的指标等。

施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名,对半导体元件的发展和人才培养方面作出了重要贡献。

他的三本专著已在我国翻译出版,其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国文字,发行量逾百万册;他的著作广泛用作教科书与参考书。

由于他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖(ebers奖),称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。

施敏院士多次来国内讲学,参加我国微电子器件研讨会;他对台湾微电子产业的发展,曾提出过有份量的建议。

主要论著:1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969.2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york,1981.3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985.4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york,2002.5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may,305 pages, wiley, new york,20036. semiconductor devices: pioneering papers, 1003 pages, world scientific, singapore,1991.7. semiconductor sensors, 550 pages, wiley interscience, new york, 1994.8. ulsi technology, with c.y. chang,726 pages, mcgraw hill, new york, 1996.9. modern semiconductor device physics, 555 pages, wiley interscience, new york, 1998. 10. ulsi devices, with c.y. chang, 729 pages, wiley interscience, new york, 2000.课程内容及参考书:施敏教授此次来北京交通大学讲学的主要内容为《physics ofsemiconductor device》中的一、四、六章内容,具体内容如下:chapter 1: physics and properties of semiconductors1.1 introduction 1.2 crystal structure1.3 energy bands and energy gap1.4 carrier concentration at thermal equilibrium 1.5 carrier-transport phenomena1.6 phonon, optical, and thermal properties 1.7 heterojunctions and nanostructures 1.8 basic equations and exampleschapter 4: metal-insulator-semiconductor capacitors4.1 introduction4.2 ideal mis capacitor 4.3 silicon mos capacitorchapter 6: mosfets6.1 introduction6.2 basic device characteristics6.3 nonuniform doping and buried-channel device 6.4 device scaling and short-channel effects 6.5 mosfet structures 6.6 circuit applications6.7 nonvolatile memory devices 6.8 single-electron transistor iedm,iscc, symp. vlsi tech.等学术会议和期刊上的关于器件方面的最新文章教材:? s.m.sze, kwok k.ng《physics of semiconductordevice》,third edition参考书:? 半导体器件物理(第3版)(国外名校最新教材精选)(physics of semiconductordevices) 作者:(美国)(s.m.sze)施敏 (美国)(kwok k.ng)伍国珏译者:耿莉张瑞智施敏老师半导体器件物理课程时间安排半导体器件物理课程为期三周,每周六学时,上课时间和安排见课程表:北京交通大学联系人:李修函手机:138******** 邮件:lixiuhan@案2013~2014学年第一学期院系名称:电子信息工程学院课程名称:微电子器件基础教学时数: 48授课班级: 111092a,111092b主讲教师:徐荣辉三江学院教案编写规范教案是教师在钻研教材、了解学生、设计教学法等前期工作的基础上,经过周密策划而编制的关于课程教学活动的具体实施方案。

MOS管i-v特性

MOS管i-v特性

一、实验目的分析mos晶体管i-v特性分析二、实验要求了解结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线及主要参数三、实验内容1、MOS器件的结构介绍2、MOS的工作原理3、i-v特性曲线图1 原理图1.特性曲线和电流方程输出特性曲线与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。

转移特性曲线转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时i D几乎不随v DS而变化,即不同的v DS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用v DS大于某一数值(v DS>v GS-V T)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.i D与v GS的近似关系与结型场效应管相类似。

在饱和区内,i D与v GS的近似关系式为( v GS>V T )式中I DO是v GS=2V T时的漏极电流i D。

2.参数MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同,只是增强型MOS管中不用夹断电压V P,而用开启电压V T表征管子的特性。

MOS管1. 基本结构原因:制造N沟道耗尽型MOS管时,在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子),如图1(a)所示,因此即使v GS=0时,在这些正离子产生的电场作用下,漏-源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道),只要加上正向电压v DS,就有电流i D。

如果加上正的v GS,栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子,沟道加宽,沟道电阻变小,i D增大。

反之v GS为负时,沟道中感应的电子减少,沟道变窄,沟道电阻变大,i D减小。

当v GS负向增加到某一数值时,导电沟道消失,i D趋于零,管子截止,故称为耗尽型。

沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压,仍用V P表示。

与N沟道结型场效应管相同,N沟道耗尽型MOS管的夹断电压V P也为负值,但是,前者只能在v GS<0的情况下工作。

MOS晶体管击穿特性研究

MOS晶体管击穿特性研究

MOS晶体管击穿特性研究MOS晶体管击穿特性是指在超过其额定电压时,由于局部电场强度过大,导致绝缘层或半导体与金属电极之间电子的泄漏或击穿现象的发生。

该特性对于晶体管的可靠性和性能有着重要影响,因此对其进行研究具有重要的意义。

首先,MOS晶体管的击穿特性可以分为两种类型:气隙击穿和漏电击穿。

气隙击穿是在晶体管绝缘层与金属电极之间的空气隙中发生的击穿现象,而漏电击穿则是在绝缘层或半导体中发生的击穿现象。

这两种击穿方式都会引起晶体管功能的丧失。

在研究MOS晶体管的击穿特性时,需要考虑到多种因素。

其中一个重要因素是晶体管的结构和材料。

例如,不同的绝缘层和半导体材料具有不同的电场耐受能力,影响着晶体管的击穿电压。

此外,晶体管的尺寸和形状也会对击穿特性产生影响。

同时,温度也是影响MOS晶体管击穿特性的重要因素之一、温度的升高会导致材料的导电能力增加,从而影响晶体管的击穿电压。

因此,在研究MOS晶体管击穿特性时,需要在不同温度下进行实验,以了解温度对其击穿特性的影响。

此外,工作环境中的环境条件也会影响MOS晶体管的击穿特性。

例如,湿度和灰尘等因素可能导致绝缘层表面的污染,从而影响晶体管的击穿电压。

因此,在研究击穿特性时,需要考虑到工作环境的影响,并进行相应的实验和分析。

为了研究MOS晶体管的击穿特性,可以采用多种方法。

一种常用的方法是通过模拟和仿真,在计算机上建立模型,并进行击穿特性的预测和分析。

另一种方法是进行实验研究,通过改变电压、温度和环境条件等参数,观察晶体管的击穿行为,并记录相关数据。

综上所述,MOS晶体管的击穿特性研究是一个涉及多种因素和方法的复杂问题。

通过对其击穿特性的研究,可以为晶体管的设计和制造提供重要的参考和指导,从而提高其可靠性和性能。

第五章 MOS场效应管的特性

第五章 MOS场效应管的特性

1 1 C C C Si ox
1
+
N+ N+ N+
G N+ N+
以SiO2为介质的电容器—Cox 以耗尽层为介质的电容器—CSi
MOS管的电容
MOS电容—束缚电荷层厚度
耗尽层电容的计算方法同 PN 结的耗尽层电容的计算 方法相同,利用泊松方程

2
1
Si
Q qNAWL X p WL 2 Si qNA
CD = Cdb + 0 + Cdb
1 W 2 I ds Vgs VT 2 tox L L
MOS管的电容
深亚微米CMOS IC工艺的寄生电容
21 40 86 9 15 48 36 14
Metal3 Metal2 Metal1
29 38 39 62 46
在耗尽层中束缚电荷的总量为
2 Si Q qNA X pWL qN AWL WL 2 Si qNA q NA
是耗尽层两侧电位差的函数,耗尽层电容为
dQ 1 CSi WL 2 Si qNA dv 2
1 2
Si qNA WL 2
是一个非线性电容,随电位差的增大而减小。
这时,栅极电压所感应的电荷Q为,
Q=CVge 式中Vge是栅极有效控制电压。
MOS管特性
电荷在沟道中的渡越时间
非饱和时(沟道未夹断),在漏源电压Vds作用 下,这些电荷Q将在时间内通过沟道,因此有
L L2 Eds Vds L
为载流子速度,Eds= Vds/L为漏到源方向电场强度,Vds为漏 到源电压。 为载流子迁移率: n n µ n = 650 cm2/(V.s) 电子迁移率(NMOS) µ p = 240 cm2/(V.s) 空穴迁移率(PMOS)

MOS管被击穿的原因及解决方案

MOS管被击穿的原因及解决方案

MOS管被击穿的原因及解决方案MOS管(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种常用的功率开关器件,具有高频特性和快速开关速度。

然而,当MOS管的击穿电压超过其额定电压时,会导致门极与源极之间的绝缘层被击穿,从而对器件造成损坏。

MOS管被击穿的原因主要有静电击穿、过压击穿、过电流击穿以及热击穿等。

下面将详细介绍这些原因及相应的解决方案。

1.静电击穿-安装静电以及防护装置,如静电消除器、电抗、电容以及漏地等。

-合理设置工作环境,控制环境湿度和温度,防止静电产生。

2.过压击穿过压击穿主要是由于电源电压的突然上升或远远超过MOS管的耐压能力所引起的。

为了避免过压击穿,可以考虑以下方法:-安装过压保护电路,如稳压器、电磁继电器等,以限制电压在MOS管耐压范围内。

-设计合理的供电系统,使得电压波动不会超过MOS管的额定电压。

3.过电流击穿过电流击穿是指电流超过MOS管的最大额定值(如电流冲击)导致的击穿。

为了防止过电流击穿,可以采用以下方法:-安装保护电路,如过流保险丝、电流限制器等,以限制电流在安全范围内。

-使用适当大小的散热器来散热,以防止过热引起的过电流击穿。

4.热击穿热击穿是由于长时间高功率工作导致MOS管内部温度过高而导致击穿。

为了解决热击穿问题,可以考虑以下方法:-加装散热器,在高功率工作状态下提高散热效果。

-控制MOS管工作时间,避免长时间高功率工作。

此外,针对不同类型的MOS管,还可以采取其他一些保护措施:-针对功率MOS管,可以采用电流负反馈保护电路,实时监测电流并控制开关,保护MOS管不被击穿。

-针对场效应管MOS管,可以采用电压负反馈保护电路,实时监测电压并控制开关。

综上所述,MOS管被击穿的原因主要包括静电击穿、过压击穿、过电流击穿和热击穿等。

为了解决这些问题,可以采取一系列的保护措施,如安装静电消除装置、过压保护电路、散热器以及使用保险丝等。

这些措施旨在保护MOS管,延长其寿命,提高设备的稳定性。

MOS晶体管击穿特性研究(优质参考)

MOS晶体管击穿特性研究(优质参考)

微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究班级:微电子0901学号:******姓名:***指导老师:****日期:2012.5.20一、目的研究MOSFET漏源极击穿特性,主要包括:1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响3.介绍源漏穿通穿通二、工作原理当V DS增大到漏源击穿电压BV DS的值时,反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿,或在漏区与源区之间发生穿通。

这时I D将迅速上升,如图所示。

通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度,可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线三、仿真过程首先构建NMOS结构源代码如下:go athena# 网格定义(创建非均匀网格)# Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)line x loc=0.00 spac=0.10line x loc=0.20 spac=0.01line x loc=0.60 spac=0.01#line y loc=0.00 spac=0.008line y loc=0.2 spac=0.01line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#初始衬底参数:浓度、晶向等(浓度1.0e14/cm2晶向100方向)# Initial Silicon Structure with <100> Orientationinit silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d# 栅极氧化及优化(使氧化层厚度约为100A)# Gate Oxidationdiffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3# 提取栅极厚度#extract name="Gateoxide" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.3 # 阈值电压调整注入(注入9.5e11/cm2的)# Threshold Voltage Adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal# 多晶硅淀积# Conformal Polysilicon Depositiondeposit polysilicon thick=0.20 divisions=10# 多晶硅刻蚀# Poly Definitionetch polysilicon left p1.x=0.35# 多晶硅氧化# Polysilicon Oxidationmethod fermi compressdiffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00# 多晶硅参杂# Polysilicon Dopingimplant phosphor dose=3e13 energy=20 crystal# 隔离氧化层淀积# Spacer Oxide depositiondeposit oxide thick=0.12 divisions=10# 侧墙氧化隔离层的形成etch oxide dry thick=0.12# Source/Drain Implant# 源漏注入implant arsenic dose=5e15 energy=50 crystal# 源漏退火method fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00# 刻蚀通孔# Open Contact Windowetch oxide left p1.x=0.2# 铝淀积# Aluminum Depositiondeposit aluminum thick=0.03 divisions=2# 刻蚀铝电极# Etch Aluminumetch aluminum right p1.x=0.18#计算结深extract name="nxj" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.2 junc.occno=1 #获得N++源漏极方块电阻extract name="n++ sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \x.val=0.05 region.occno=1#测量LDD方块电阻extract name="ldd sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \x.val=0.3 region.occno=1#测量长沟倒阈值电压extract name="1dvt" 1dvt ntype qss=1e10 x.val=0.5#结构镜像struct mirror right#定义电极electrode name=source x=0.1#electrode name=drain x=1.1#electrode name=gate x=0.6#electrode name=backside backside#struct outfile=nmos1.str生成结构后,进行仿真源代码如下:go atlas##调用结构文件mesh infile=nmos.str##指定接触面特性contact name=gate n.polysiliconinterf qf=3E10# Set modelsmodels print cvt consrh#用于击穿分析的雪崩碰撞电离模型impact selbmethod newton trap climit=1e-4 #注①## open log filelog outf=mos1.logsolve vdrain=0.025solve vdrain=0.05solve vdrain=0.1solve vdrain=0.5solve vstep=0.25 vfinal=12 name=drain compl=1e-7 cname=drain #注②#save outf=mos1_1.str#extract name="NVbd" x.val from curve(abs(v."drain"),abs(i."drain")) where y.val=1e-9tonyplot mos1.log -set mos1_log.settonyplot mos1_1.str -set mos1_1.setquit四、结果与讨论首先,对衬底掺杂浓度对击穿电压的影响进行了研究,将init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d 语句中的浓度参数进行了调整分别使c.boron=1.0e15 和c.boron=1.0e17经过仿真可得到一组图像:c.boron=1.0e15 c.boron=1.0e16 c.boron=1.0e171e15。

MOS管被击穿的原因及解决方案(全)

MOS管被击穿的原因及解决方案(全)

MOS管被击穿的原因及解决方案(转)而MOS管被击穿的原因及解决方案如下:第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。

虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。

组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。

要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。

对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。

第二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。

而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MOS管应可防止此种失效的发生。

还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。

所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。

附录:静电的基本物理特征为:有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流。

这三种情形会对电子元件造成以下影响:1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命。

2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)。

3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。

上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。

如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。

静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说:电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。

MOS管器件击穿机理分析

MOS管器件击穿机理分析

MOS管器件击穿机理分析1 MOS管发生雪崩击穿时场强分布MOS管击穿发生时场强分布如图1所示,如果没有栅,则PN结的最大场强出现在结中间Ei,由于多晶栅的存在,则在A点又出现一个场强峰值Ed,因为MOS管具有栅结构,所以其击穿和单纯的PN结击穿是不完全相同的。

这里我们从A、B两点的场强Ei和Ed的大小来讨论MOS管的击穿特性。

如图1所示,Xbd是衬底中结耗尽宽度,Xdd是漏区结耗尽宽度。

横向电场分布我们已经很了解,这里主要看纵向电场分布,从Xbd到Xdd,纵向电场和栅沟道电势差有关,在测试击穿时,栅是接地的,因为为0电位,所以纵向电场分布和沟道电势变化趋势一致。

从B到A点,电势逐步升高,因此,纵向场强增大,但是从A到Xdd,尽管电势仍然升高,但是由于氧化层增厚,因此场强有减小趋势。

所以在A点存在一个峰值电场。

这个峰值电场的具体位置是否一定在多晶边缘正下方和栅氧厚度有关。

但A点的位置一定在多晶边缘的外侧的漏区。

图2(a)大致反应了从Xbd到Xdd的场强和电势分布情况,图2(b)则分别从纵向和横向反映电场分布情况。

纵向电场分两部分,一部分是氧化层中,一部分是Si中耗尽层;同样,电势也分为两部分,一部分是在氧化层上的降落,一部分是Si中耗尽层降落。

由于介电常数的关系,SiO2中场强是Si中峰值场强的3倍。

下面讨论在Ed发生击穿的情形:(1)A点(Ed)击穿由于漏端电阻小,基本无电势降落,在LDD上会出现电势降落(若无LDD结构,则A点的电势和VCC 基本相同相等)降落到A点时,此时A点和多晶栅之间的电势在栅氧和耗尽层中形成电场,LDD处于耗尽状态,会诱发LDD中雪崩击穿。

如图3所示。

对Nsub接正,多晶接地,压降降落在氧化层和耗尽层上,氧化层中是均强电场,耗尽层中电场和具体位置相关。

根据高斯定理:QP=ε0εsiEsi,QT=ε0εSiO2ESiO2,这里QT是总电荷,QP是多晶上的正电荷和耗尽层中负电荷的和。

MOS管的这几种“击穿”,你搞清楚了吗?

MOS管的这几种“击穿”,你搞清楚了吗?

MOS管的这几种“击穿”,你搞清楚了吗?MOSFET的击穿有哪几种?Source、Drain、Gate场效应管的三极:源级S 漏级D 栅级G(这里不讲栅极GOX击穿了啊,只针对漏极电压击穿)先讲测试条件,都是源栅衬底都是接地,然后扫描漏极电压,直至Drain端电流达到1uA。

所以从器件结构上看,它的漏电通道有三条:Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。

1) Drain->Source穿通击穿:这个主要是Drain加反偏电压后,使得Drain/Bulk的PN结耗尽区延展,当耗尽区碰到Source的时候,那源漏之间就不需要开启就形成了通路,所以叫做穿通(punch through)。

那如何防止穿通呢?这就要回到二极管反偏特性了,耗尽区宽度除了与电压有关,还与两边的掺杂浓度有关,浓度越高可以抑制耗尽区宽度延展,所以flow里面有个防穿通注入(APT: Anti Punch Through),记住它要打和well同type的specis。

当然实际遇到WAT的BV跑了而且确定是从Source 端走了,可能还要看是否PolyCD或者Spacer宽度,或者LDD_IMP 问题了,那如何排除呢?这就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通过Poly相关的WAT来验证。

对吧?对于穿通击穿,有以下一些特征:(1)穿通击穿的击穿点软,击穿过程中,电流有逐步增大的特征,这是因为耗尽层扩展较宽,产生电流较大。

另一方面,耗尽层展宽大容易发生DIBL效应,使源衬底结正偏出现电流逐步增大的特征。

(2)穿通击穿的软击穿点发生在源漏的耗尽层相接时,此时源端的载流子注入到耗尽层中,被耗尽层中的电场加速达到漏端,因此,穿通击穿的电流也有急剧增大点,这个电流的急剧增大和雪崩击穿时电流急剧增大不同,这时的电流相当于源衬底PN结正向导通时的电流,而雪崩击穿时的电流主要为PN结反向击穿时的雪崩电流,如不作限流,雪崩击穿的电流要大。

MOSFET击穿特性的二维数值模拟

MOSFET击穿特性的二维数值模拟
= . d OdE 日 OO d O 臣
8S b ta e f os r t }
vO an ri ) e
= .d og E 0 9 gO O+ 0
= 1 ̄ 0 0 d+ 1 .O 0O E 0
El ct n P k i d x e r0 ea F el Lo a o c ti n
对器件 进行 模 拟 过程 中 , 先利 用 ME II 供 的 首 DC 提
为常数 。 处 的空 穴 电流增量 等于 在距 离 以 内每秒
产 生 的电子 一空穴对 数 目
P O IE语 句完成 器件 结 构和 杂 质分 布 设计 , R FL 然后 通过数值 模拟 对器 件 的性 能 做 出定 量 的 估计 , 括 包 器件 的端特性 和器件 内部 的物理 量分 布 。
式 ( ) ( ) :L为 电子 电离率 ; 为空 穴 电离率 。 1 、2 中 o 。 式() 2 的解 为
l一 1
时, 电子 和空 穴 积 分 的最 大值 。 电离 积分 计 算 结 果 中 的一部分 ( = 一l Vs 4 V 以及 V = 一 0V, D =1 G 1 =1 . 0V, 4 5V 2种偏 置情 况 ) 图 3所示 。 如
d ,):( ) ( ) d) () (P ( )+ ( d 1
q q q

dp i

收 稿 日期 : 0 —22 2 91 - 0 4

( 一 ) = ,
() 2
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X c ti n Lo a o
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H m oe

MOS场效应晶体管ppt课件

MOS场效应晶体管ppt课件
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。

MOS晶体管特征及其静态特性

MOS晶体管特征及其静态特性

MOS晶体管特征及其静态特性MOS晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)是一种用于电子电路的半导体器件,具有独特的特性和静态特性。

在1200字以上的篇幅中,我将详细讨论MOS晶体管的特点和静态特性。

首先,让我们来了解MOS晶体管的基本结构。

它由三个区域组成:源(Source)、漏(Drain)和栅(Gate)。

在源和漏之间有一个绝缘层,称为二氧化硅层(Oxide Layer)。

栅结构覆盖在二氧化硅层上,用于控制源漏间的电流。

1.双极性:MOS晶体管可以在N型和P型半导体上使用,因此它具有双极性特性。

N沟道MOS(NMOS)晶体管在N型半导体上工作,而P沟道MOS(PMOS)晶体管在P型半导体上工作。

2.低功耗:相对于双极晶体管(BJT),MOS晶体管的功耗较低。

这是因为MOS晶体管在零输入电流情况下只有非常小的漏电流。

而BJT则具有基本电流,这在许多应用中会导致不必要的能量损失。

3.无关性能:MOS晶体管具有无关性能,即在给定电流和电压的情况下,其输出特性与器件制造工艺无关。

这使得MOS晶体管在集成电路中具有很高的一致性。

4.多功能:MOS晶体管可以用于多种应用,从模拟电路到数字电路和混合信号电路等。

这使得它在现代电子设备中得到广泛应用。

接下来,我们将深入探讨MOS晶体管的静态特性。

1. 阈值电压(Threshold Voltage,Vth):在MOS晶体管中,栅电压低于阈值电压时,晶体管处于关断状态。

只有当栅电压高于阈值电压时,MOS晶体管才打开。

2. 漏源电流(Drain-Source Current,Ids):漏源电流指的是通过晶体管的电流。

当栅电压大于阈值电压时,源漏之间会形成一个导电通道,允许电流流过。

3. 输出电阻(Output Resistance):输出电阻是MOS晶体管的基本特性之一、它是一个衡量晶体管输出信号对于输入信号的变化敏感程度的参数。

4.1-MOS场效应晶体管的结构工作原理和输出特性

4.1-MOS场效应晶体管的结构工作原理和输出特性

国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
用字母表示同一型号中的不同规格
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管
第二位:A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管
2022/1/15
第三位:X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
N+
G
P 型衬底
B
D B
S
IDSS
夹断电压
ID /mA
6 5 I DSS 4 3 2
1
4 3 2 1 UGS(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。
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
02.13。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。
图4.1 N沟道增强型
MOSFET结构示意图(动画2-3)
第4页,共31页。
如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟MOS 管,(N沟MOS管制作在P阱内),这就构成CMOS 。
表示衬底在 内部没有与 源极连接。
N沟道耗尽

MOSFET 管。漏、 衬底和源 不断开表 示零栅压 时沟道已 经连通。
如果是P沟道,箭头则向外。
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微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究班级:微电子0901学号:******姓名:***指导老师:****日期:2012.5.20一、目的研究MOSFET漏源极击穿特性,主要包括:1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响3.介绍源漏穿通穿通二、工作原理当V DS增大到漏源击穿电压BV DS的值时,反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿,或在漏区与源区之间发生穿通。

这时I D将迅速上升,如图所示。

通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度,可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线三、仿真过程首先构建NMOS结构源代码如下:go athena# 网格定义(创建非均匀网格)# Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)line x loc=0.00 spac=0.10line x loc=0.20 spac=0.01line x loc=0.60 spac=0.01#line y loc=0.00 spac=0.008line y loc=0.2 spac=0.01line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#初始衬底参数:浓度、晶向等(浓度1.0e14/cm2晶向100方向)# Initial Silicon Structure with <100> Orientationinit silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d# 栅极氧化及优化(使氧化层厚度约为100A)# Gate Oxidationdiffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3# 提取栅极厚度#extract name="Gateoxide" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.3# 阈值电压调整注入(注入9.5e11/cm2的)# Threshold Voltage Adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal# 多晶硅淀积# Conformal Polysilicon Depositiondeposit polysilicon thick=0.20 divisions=10# 多晶硅刻蚀# Poly Definitionetch polysilicon left p1.x=0.35# 多晶硅氧化# Polysilicon Oxidationmethod fermi compressdiffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00# 多晶硅参杂# Polysilicon Dopingimplant phosphor dose=3e13 energy=20 crystal# 隔离氧化层淀积# Spacer Oxide depositiondeposit oxide thick=0.12 divisions=10# 侧墙氧化隔离层的形成etch oxide dry thick=0.12# Source/Drain Implant# 源漏注入implant arsenic dose=5e15 energy=50 crystal# 源漏退火method fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00# 刻蚀通孔# Open Contact Windowetch oxide left p1.x=0.2# 铝淀积# Aluminum Depositiondeposit aluminum thick=0.03 divisions=2# 刻蚀铝电极# Etch Aluminumetch aluminum right p1.x=0.18#计算结深extract name="nxj" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.2 junc.occno=1 #获得N++源漏极方块电阻extract name="n++ sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \x.val=0.05 region.occno=1#测量LDD方块电阻extract name="ldd sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \x.val=0.3 region.occno=1#测量长沟倒阈值电压extract name="1dvt" 1dvt ntype qss=1e10 x.val=0.5#结构镜像struct mirror right#定义电极electrode name=source x=0.1#electrode name=drain x=1.1#electrode name=gate x=0.6#electrode name=backside backside#struct outfile=nmos1.str生成结构后,进行仿真源代码如下:go atlas##调用结构文件mesh infile=nmos.str##指定接触面特性contact name=gate n.polysiliconinterf qf=3E10# Set modelsmodels print cvt consrh#用于击穿分析的雪崩碰撞电离模型impact selbmethod newton trap climit=1e-4 #注①## open log filelog outf=mos1.logsolve vdrain=0.025solve vdrain=0.05solve vdrain=0.1solve vdrain=0.5solve vstep=0.25 vfinal=12 name=drain compl=1e-7 cname=drain #注②#save outf=mos1_1.str#extract name="NVbd" x.val from curve(abs(v."drain"),abs(i."drain")) where y.val=1e-9tonyplot mos1.log -set mos1_log.settonyplot mos1_1.str -set mos1_1.setquit四、结果与讨论首先,对衬底掺杂浓度对击穿电压的影响进行了研究,将init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d 语句中的浓度参数进行了调整分别使c.boron=1.0e15 和c.boron=1.0e17经过仿真可得到一组图像:c.boron=1.0e15 c.boron=1.0e16 c.boron=1.0e171e151e161e17而后研究了栅氧厚度对击穿电压的影响,栅氧厚度可通过Optimizer选项修改,通过优化过程,将扩散过程语句diffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3分别改为diffus time=11 temp=985.969 dryo2 press=1.12818 hcl.pc=3 和diffus time=11 temp=865.817 dryo2press=0.944327 hcl.pc=3 得到了氧化层厚度200Å和50Å,并得到击穿特性如图:100Å 200Å 50Å50 Å100Å200 Å五、总结此次验证的是MOSFET漏源极击穿特性,当源极与衬底相连时,漏源电压VDS对漏PN结是反向电压。

当V DS增加到一定程度时漏PN结就会发生雪崩击穿。

雪崩击穿电压的大小由衬底掺杂浓度和结深决定。

当衬底的电阻率大于1Ω·cm时,BVDS就不再与衬底材料的掺杂浓度有关,而主要右栅极电压的特性、大小和栅氧化层的厚度决定。

源漏穿通如果MOSFET的沟道长度较短而衬底电阻率较高,则当V DS增加某一数值时,虽然漏区与衬底间尚未发生雪崩击穿,但漏PN结的耗尽区却已经扩展到与源区相连接了,这种现象称为漏源穿通。

发生漏源穿通后,如果V DS继续增加,源PN结上会出现正偏,使电子从源区注入沟道。

这些电子将被耗尽层区内的强电场扫入漏区,从而产生较大的漏极电流。

使漏源两区发生穿通的漏源电压称为穿通电压,记为V pT。

沟道长度越短,衬底电阻率越高,穿通电压就越低。

源漏击穿电压是由漏PN结雪崩击穿电压和穿通电压两者中的较小者决定的。

源漏穿通限制了MOSFET的沟道长度不能太短,否则会使BV DS降得太低。

因此在设计MOSFET时必须对漏源穿通现象予以足够的重视。

注①:由于预击穿漏电流非常低,有必要收紧对当前的收敛公差。

参数设置方法climit = 1E-4网格注②:设置漏一个遵守5.0e-7A/um限制(此处使用1e-7,有的使用了1e-10,根据需要设置)。

一旦崩溃点到达,遵守限制击穿模拟停止模拟。

这是一个计算时间的问题。

通常是不值得的CPU花费时间。

因为自己在仿真时使用软件要计算很久,参考资料获得限制方法。

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