晶体管原理-3031短器件发展方向

1、半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-1-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管v热载流子效应热载流子效应-2. .短沟道效应短沟道效应-在强电场作用下,电子在两次碰撞之间会加速到比热运动速度高许多倍的速度,由于动能很大而称为热电子热电子,从而引起“热电子效应热电子效应”。v改进：改进：(1)两次离子注入; (2)外加衬底偏压。v问题问题：穿通电流受VGS控制弱；VDS很大时将导致穿通击穿。v热载流子：热载流子：能量比费米能级大几个 kT 以上的载流子(1)横向电场Ey足够大时, 沟道电子在纵向电

2、场作用下注入到栅氧化层中;A(3)耗尽区内热激发产生电子-空穴对;C(2)漏区附近强电场Ey使高能电子碰撞电离产生电子-空穴对; B短沟道MOSFET中产生IG的原因半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-2-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管v栅氧化层中电子积累的影响栅氧化层中电子积累的影响:-2. .短沟道效应短沟道效应v 沟道热电子效应为主。(1)VT正漂; (2)跨导gm下降; (3)亚阈电流IDsub增大。(1)双扩散D-MOSFT; (2)采用偏置栅结构; (3)埋沟结构。v产生沟道

3、热电子的原因是漏区附近极高的横向电场的存在。抑制热产生沟道热电子的原因是漏区附近极高的横向电场的存在。抑制热电子效应的措施电子效应的措施:v 沟道长度越短,热电子效应越严重。v IG的出现表征着热电子效应的存在,且IG的大小可用来衡量热电子效应的大小。半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-3-第三节第三节 微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向MOSFET的发展方向的发展方向第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管vMOSFET的发展方向的发展方向:沟道长度L不断缩短*优点优点: 对于分立器件可提

4、高跨导和最大工作频率，对IC可以提高速度、增大集成度和降低功耗。*缺点缺点: 阈电压下降；阈电压不稳及跨导退化。KTTOXOXv改进改进恒场按比例缩小恒场按比例缩小 当MOSFET沟道长度缩短时,器件的其他各种横向和纵向尺寸以及电压也按一定的比例缩小。KZZ KLL KVVGSGSKxxjjAAKNNKVVBSBSKVVDSDS半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-4-栅氧化层与半导体界面处的栅氧化层与半导体界面处的纵向电场强度不变纵向电场强度不变;沟道沟道横向电场强度不变横向电场强度不变;耗尽区

5、内电荷面密度不变耗尽区内电荷面密度不变;第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向阈电压阈电压 VT=VT/K;最高工作频率最高工作频率 fT=KfT;功耗功耗 缩小缩小1/K2;门延迟门延迟 缩小缩小1/K;v优点优点:面积小面积小、速度快速度快、功耗低功耗低。跨导不变跨导不变;半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-5-vMEMS技术技术第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向 21世纪微电子的核心技术：系统级

6、芯片（SOC） MEMS概念 ： MEMS(Micro-electro-mechanical systems) 即微电即微电子机械系统子机械系统 是微电子技术与机械、光学等领域的结合，是微型SOC系统。 与其它MEMS的通信/接口(光/电/磁)力光声温度化学其它传感器执行器运动能量信息其它模拟信号处理数字信号处理模拟信号处理半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-6-第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向 MEMS技术的特点：3个M概括，即小尺寸（小

7、尺寸（miniaturization）、多）、多样化样化(multiplicity)、微电子、微电子(microelectronics) (1) 光学领域光学领域 MEMS在光技术领域中的应用较广泛，已经形成MEMS技术中的一个重要分支技术即微光机电系统（MOEMS: micro-opto- electro-mechanical systems）； MEMS技术与不同的技术相结合，便会产生一种新型的MEMS器件。 (2) 运输与航空航天运输与航空航天 大量MEMS传感器的使用可以实现汽车的智能驾驶及无人驾驶。在航天方面，MEMS器件的质量轻、尺寸小的优势得到了很好的发挥,微卫星和纳米卫星的研制

8、应运而生；(3) 科学仪器科学仪器 具有智能化、多功能化、高灵敏度优势的MEMS技术，给科学仪器带来巨大的变革，产生了各种微小型MEMS专用仪器；半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-7-(4) RF MEMS器件器件：利用MEMS技术制作的射频器件，可以提高器件功率效率，与传统的IC技术兼容，使得单片集成成为可能，并且具有体积小、重量轻、成本低、性能优越等优点.第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向vRF MEMS开关与现有的半导体FET或PIN

9、二极管开关相比，其优点是 ：（1）减少了开关动作中的电阻损耗，其中静电式RF MEMS开关动作所需要的功耗仅功耗仅为纳焦耳数量级为纳焦耳数量级；（2）有很高的隔离度很高的隔离度；（3）改善了开关的互调失真和开关的负载互调失真和开关的负载能力；能力；（4）多种微加工技术使得RF MEMS开关可可以做在多种衬底上以做在多种衬底上。半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-8-第三章第三章 双极结型晶体管双极结型晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向 概念概念 ：生物芯片（Biochip）-计

10、算机芯片。由于最初的生物芯片的主要目标是用于DNA序列的测定、基因表达谱鉴定和基因突变的检测和分析，所以又被称为基因芯片（Genechip）或DNA芯片 由来由来-今后医疗手段的发展方向，将由现在的治疗医疗向将来的预防医疗转变，同时实现早期发现、早期诊断和早期治疗。因此，对一些疾病的先期预兆，如血糖等生化指标的变化，以及某些基因的突变进行有效、简便、快速、准确的测定，愈发引起医疗业界的关注。3. 生物芯片技术生物芯片技术 芯片分析实际上也是传感器分析的组合传感器分析的组合。半导体器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & S