MOS场效应晶体管基础.

堆积
强反型
Qs
e s ~ exp kT

e s ~ exp kT

f p
平带 耗尽
f p
弱反型
注： 堆积 和强 反型 载流 子增 长很 快。
s
e s p p0 exp kT e s n n0 exp kT
es 2e f p
e f p
xdT
4 s f p eN a
1 2
Ec EFi E Fs Ev
xdT
3、 平衡能带结构
真空能级
e i
金属 e 功函数 m
真空能级
Ec
e 电子 亲合能
eVOX 0
e i
e
EFm
Eg
Ev
金属 氧化物
Ec EFi E Fs Ev
Q'SD (max) eNa xdT
金属 氧化物 p型半导体 金属 氧化物
VG VOX s ms
p型半导体
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
7、 MOS电容模型
dQ'
Q' Q'
dQ'
Q'
dQ'
xd
Q' Q'
dx
dQ'
xdT
Q'
dQ'
dQ'
C'acc C'OX
C 'acc
1 1 1 C 'depl C 'OX C 'SD
C 'depl tOX
C'Tp C'OX
C 'Tp
OX
tOX
OX OX xd 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
p型半导体
em
Ec
es 0
1 2
Ec Eg EFi e EF Ev
fp
金属
氧化物
p型半导体
能带平衡关系： 总的能带弯曲等于金 属半导体功函数差：
em eVOX 0 e es 0
Eg 2
e f p
Eg VOX 0 s 0 m 2e f p ms
电子堆积
+++++++ _______ p型
+V-
+V-
a. p增强型
表面势 s -V +V
b. p耗尽型
c. p反型 电子堆积 ++V
空穴堆积
2、 半导体耗尽及反型
电子堆积 +++++++ -V+ _______ n型 电子耗尽 _______ +V+++++++ n型
空穴堆积 _______ +V+++++++ n型
3.1 双端MOS结构
1、MOS结构及其场效应 2、半导体的耗尽及反型 3、平衡能带关系 4、栅压-平带电压和阈值电压 5、电容（C-V）特性
1、 双端MOS结构及其场效应
a. MOS结构
b. 电场效应
来自百度文库
M O -V+
S
2、 半导体的耗尽及反型
空穴堆积 _______ -V+ +++++++ p型 空穴耗尽 +++++++ _______ p型
a. n增强型
电子堆积 +V -V
b. n耗尽型
c. n反型 表面势 --V s
空穴堆积
2、 耗尽区宽度
耗尽
表面导电性降低，外加电场进 一步深入，空间电荷区增大。
es
e f p
2 ss xd eN a
1 2
Ec EFi E Fs Ev
xd
反型
表面导电性增加，屏蔽外加电 场，空间电荷区不能再增大。
4 s f p eN a
3、 栅压
eVOX
es
VG
EFm
Ec EFi E Fs Ev
VG VOX s VOX VOX 0 s s 0
VOX 0 s 0 ms
- VG +
金属
氧化物
半导体
VG VOX s ms
4、 平带电压
Q 'm
EF
VFB
金属 氧化物 半导体
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


5、 阈值电压
tox 50nm
3 2
11 11 VTP 1 10 Na 11 VTP 5 10 Na 12 VTP 1 10 Na
VTP 0 10 Na 3
0
2
1 10 13 10
13
1 10
14
1 10
15
1 10 Na
16
1 10
VFB 2 f p
Q'mT Q'SD (max) Q'ss
5、 阈值电压
VTP
Q'SD (max) eNa xdT
Q'SD (max) Q'ss COX
ms 2 f p
xdT
f p
4 s f p eN a Na Vth ln n i
tox
1 2
ms
Eg m 2e f p
Cox
ox
tox
E g VTP 4 s eNaVth ln(N a / ni ) Q'ss m Vth ln(N a / ni ) ox 2e F (Q'ss , N a )
17
1 10 18 10
18
E g VTP 4 s eNaVth ln(N a / ni ) Q'ss m Vth ln(N a / ni ) ox 2e F (Q'ss , N a ) tox


6、 电荷分布