MOS器件建模及仿真

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.
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.
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pnp晶体管载流子输运示意图
I pE
I pC
I pr
I nE
I nr
I E I pE I nE , I B I nE I nr , I C I pC I pE I pr I E I nE I nr
1
R// e
1
(
W
b
2
)
R//b Lnb
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● MOSFET模型参数提取
MOS晶体管模型中的参数一般通过测量大量的不同 尺寸（不同沟道长度和宽度）的实验器件样品得到 （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：
☺ FET基础知识回顾 ☺ MOSFET主要模型简介 ☺ OTFT基础知识及模型探讨 ☺ TFT模型参数提取方案简介
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非晶硅TFT
多晶硅TFT
有机TFT
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第一章 MOSFET基础
● 半导体方程
①
泊松方程：
2
0 si
q
0 si
(p n ND
NA)
•
q s
(
p
n
ND
NA)
•
q
0 si
(pn
ND
NA)
② 电子与空穴的连续性方程：
n 1 t q Jn R
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.
ID
ID
0 VT
VGS
VGS
VT 0
转移特性曲线
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输出特性曲线
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.
ID
(VGS
VT )VDS
1 2
VD2S
② 过渡区
Z L
nCOX
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VDsat饱和漏源电压时，漏处的可动电子
概述
以硅基器件为代表的半导体器件在电子信息技 术及产业中的应用使人类社会已进入了信息化、 网络化时代. 在全球信息化和经济全球化的进程 中, 以通信、计算机、网络、家电为代表的信息 技术和信息产业获得了迅猛发展，而信息技术的 迅速发展依赖于半导体技术的迅猛发展，所以说， 半导体技术是信息技术的基石。
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
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电路模拟器
IC设计
（DC、AC及瞬态分析）
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● MOSFET模型
器件模型是通过I-V, C-V以及器件中载流子输运过程 描述器件的端特性，这些模型应能够反映器件在所有 工作区域的特性. 分为物理模型和等效电路模型。
▲ 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
▲ 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.
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.
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▲ 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
2
x2
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q
0 si
[ p(x) n(x)
ND (x)
N A ( x)]
n 1 Jn R t q x
电流密度:
p 1 Jp R t q x
Jn
qDn
n x
q
n
n
x
Jp
qDp
p x
q p
p
x
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● MOSFET结构和工作原理
1、MOSFET的基本结构
2 、MOSFET的工作原理
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课程论文题
1、探讨TFT器件（非晶硅TFT、ZnO-TFT、P3HT-TFT）阈 值电压的定义、模型及Vth提取方法。 2、探讨工作于积累态的TFT的关态电流形成机理和模型。 3、探讨MIS结构C-V曲线中积累区电容-频率依赖特性及建模。 4、探讨TFT器件噪声特性的测试方法及模型。 5、TFT器件中体陷阱态与界面陷阱态的形成机理、对I-V和CV的影响机理以及测试表征方法。 6、 TFT的源、漏接触电阻的形成机理、表征方法和抑制措施。
材料
器件
电路
系统
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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.
近些年，薄膜晶体管（TFT）因在显示技术、集 成传感器、IC领域有潜在的应用前景而受到广泛关 注。
● MOS电路设计 器件模型
p t
1 q
Jp
R
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。
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③ 电子与 空穴的电流密度方程：
Jn qDnn qnn J p qDpp q p p
● 简化半导体方程
泊松方程： 连续性方程：