5.3.场效应晶体管-MOSFET

源漏电压为零时的NFET垂直沟道的能带图和沿沟道的能带图 第七章MOSFET 一定偏压下NFET垂直沟道的能带图和沿沟道的能带图 半导体器件原理 南京大学 线性区的电流电压特性 阈值电压Vt 半导体器件原理 南京大学 饱和区的电流电压特性 体效应系数 夹断和电流饱和 电流饱和效应的说明 电流饱和效应的进一步说明 沟道长度效应的定性解释 N沟MOSFET的低场迁移率随VGS的变化 简单模型和考虑载流子速度饱和模型计算的电流电压曲线 纵向电场对电流的影响相当于沟道长度变长 饱和电压随沟道长度的变化 饱和电压随沟道长度的减小而迅速减小 半导体器件原理 南京大学 亚阈值电流 第二项 反型层电荷密度Qi 远小于第一项 耗尽层电荷密度Qd 半导体器件原理 南京大学 亚阈值摆幅 漏电流变化10倍所对应的栅压变化 不大依赖于器件参数 微依赖于掺杂浓度 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 5 衬底偏压和温度对阈值电压的影响 衬底的敏感 体效应 半导体器件原理 南京大学 半导体器件原理 南京大学 反向衬底偏压加大了体耗尽区的宽度 提高了阈值电压 半导体器件原理 南京大学 温度的影响 通常在1mV K 半导体器件原理 南京大学 阈值电压下降和亚阈值摆幅的退化 MOSFET器件零栅压时的漏电流在100 C是室温的30 50倍 半导体器件原理 南京大学 例7 1说明大于阈值电压后 继续增加的栅压都增加在氧化层上 而不是在半导体上 P306 半导体器件原理 南京大学 例7 5估算x方向运动的沟道电子两次碰撞之间的时间tx 并与体硅中的平均自由时间进行比较 P322 半导体器件原理 南京大学 例7 9已知一个n沟MOSFET 源漏电压VDS 2V时 由于速度饱和效应 使得未饱和电流减小到原来的1 2 求L值 半导体器件原理 南京大学 例8 2考虑一个两百万个晶体管的芯片 在给定时刻 有一半的晶体管处于关态 希望芯片的总关态亚阈值电流低于10uA 对于单个器件 阈值时的电流是1uA 亚阈值摆幅80mV decade 计算最小电源电压VDD 输入栅压在0 VDD之间变化 半导体器件原理 南京大学 课堂练习1 7 3如图所示的晶体管 栅压要改变多少才能使衬底反型 阈值电压是多少 假设外加电压一半降在氧化层上 一半降在半导体上 如果图中的的晶体管处于热平衡态 那么这个器件是何种类型 2 7 5对于一个用简并掺杂n型硅栅制作的NFET 如果希望不加栅压时就存在沟道 p型衬底的掺杂浓度是多少 假设内建电势差一半降在氧化层上 一半降在硅上 沟道存在 的定义是硅表面反型层 即在Si SiO2界面处的电子浓度等于p型硅体内的空穴浓度 所求出的掺杂浓度是形成耗尽型器件所需要的最小掺杂浓度 还是最大掺杂浓度 3 7 11一个增强型NFET 参数如表一所示 ulf 500cm2 VS tox 4nm Cox 8 6 10 7F cm2 阈值电压VT 1V 沟道长度1um 宽度5um 考虑速度饱和效应 vsat 5 1