微电子器件(4-4)

1、 本节以前的漏极电流公式只适用于本节以前的漏极电流公式只适用于 VGS VT ，并假设当，并假设当 VGS VT 时时 ID = = 0 。但实际上当。但实际上当 VGS VT 时，时，MOSFET 仍能仍能微弱导电，这称为微弱导电，这称为 。这时的漏极电流称为。这时的漏极电流称为，记为，记为 。 使硅表面处于本征状态的使硅表面处于本征状态的 VGS 称为称为 ，记为，记为 。当。当 VGS = = Vi 时，表面势时，表面势 S = = FB，能带弯曲量为，能带弯曲量为 q FB，表面，表面处于处于 。 当当 Vi VGS VT 时，时， FB S 2 FB，表面处于，表面处于 ，反型层中的

2、少子（电子）浓度介于本征载流子浓度与衬底平衡反型层中的少子（电子）浓度介于本征载流子浓度与衬底平衡多子浓度之间。多子浓度之间。 在亚阈区，表面弱反型层中的电子浓度较小，所以漂移电在亚阈区，表面弱反型层中的电子浓度较小，所以漂移电流很小；但电子浓度的梯度却很大，所以扩散电流较大。因此流很小；但电子浓度的梯度却很大，所以扩散电流较大。因此在计算在计算 IDsub 时只考虑扩散电流而忽略漂移电流。时只考虑扩散电流而忽略漂移电流。ynqDJddnDsubynZbqDIddnDsub式中，式中，SDSSp0p0(0)exp,( )expqVqnnn LnkTkTLLnnZbqD)()0(n kTqNnF

3、PAp02exp 设沟道上下的纵向电势差为设沟道上下的纵向电势差为 ( kT/ /q ) ，则沟道厚度，则沟道厚度 b 可表为可表为xqEkTb 根据高斯定理，根据高斯定理，1122A SSAAAsssADS22()xqNQqNEqNqNC 于是可得沟道厚度为于是可得沟道厚度为ASD)(qNCqkTb 式中式中 CD 为沟道耗尽区的单位面积为沟道耗尽区的单位面积 电容，电容，21SAsSD2)(qNC 将将 n(0)、n(L) 和和 b 代入代入 中，得中，得 kTqVkTqnqNCqkTqDLZIDSS0pASDnDsubexp1exp)(2SDSFPnDS2()expexp1 expqqV

4、qZkTCLqkTkTkT 表面势表面势 S 与栅源电压与栅源电压 VGS 之间的关系可表为之间的关系可表为nVVCCVVTGSFP1OXSDTGSFPS2)(12式中，式中，OXSD)(1CCnDsubn(0)( )nn LIZbqDL 由于由于 FB S 2 FB ，CD( S ) 中的中的 S 可取为可取为 1.5 FB 。 于是得到亚阈电流的表达式为于是得到亚阈电流的表达式为kTqVnVVkTqqkTCLZIDSTGS2SDnDsubexp1exp)( IDsub 与与 VGS 之间为指数关系，当之间为指数关系，当 VGS = = VT 时时 IDsub 0； 当当 VDS = = 0

5、 时时 IDsub = = 0；当；当 VDS 较小时，较小时，IDsub 随随 VDS 的增大而的增大而增大；但是当增大；但是当 后，后，IDsub 变得与变得与 VDS 无关，即无关，即 IDsub 对对 VDS 而言会发生饱和。而言会发生饱和。qkTVDS kTqVnVVkTqqkTCLZIDSTGS2SDnDsubexp1exp)(ASD,)(NC即OXOX,TC即 亚阈区的转移特性斜率的倒数称为亚阈区的转移特性斜率的倒数称为亚阈区栅源电压亚阈区栅源电压摆幅，记为摆幅，记为 S ，即，即qkTCCqnkTIVSOXSDDsubGS)(1)(lndd S 的意义：使的意义：使 IDsub

6、 扩大扩大 e 倍所需的倍所需的 VGS 的增量。的增量。 对于作为开关管使用的对于作为开关管使用的 MOSFET，要求，要求 S 的值要尽量小。的值要尽量小。减小减小 S 的措施是的措施是 2Dsat1GS1T2IVV 将测量获得的将测量获得的 VGS1、IDsat1、VGS2 和和 IDsat2 作为已知数，通过作为已知数，通过求解上述联立方程，可解出求解上述联立方程，可解出 和和 VT 。2Dsat2GS2T2IVV 由由 可知可知 ， 与与 为线性关系。为线性关系。测量测量 MOSFET 在饱和区的在饱和区的 关系并绘成直线，其在关系并绘成直线，其在横轴上的截距即为横轴上的截距即为 VT ，如下图所示，如下图所示，2TGSsatD2VVIDsatIGSVDsatI1DsatI2DsatIGSV2GSV1GSVTV2斜率0DsatGSIVDsatGSIV 但此法的误差较大，特别是对但此法的误差较大，特别是对 值不同而其它方面全部相值不同而其它方面全部相同的同的 MOSFET 会测出不同的会测出不同的 VT 值。值。 类似于测量类似于测量 PN 结的正向导通电压结的正向导通电压 VF 或击穿电压或击穿电压 VB ，将，将漏极电流达到某一规定值漏极电流达到某一规定