半导体器件物理2008-第4章

1、MOSFET器MOSFET器件结MOSFET发展历MOSFET1960 Kahng 1963MOSFET发展历MOSFET1960 Kahng 1963 RCAMOSPMOS1963-CMOS WanlassatFairchildSemiconductorandpublishedtheideaofcomplementary-MOS 1964-1inchMOSFET发展历1965-MooresMOSFET发展历1965-Moores集成度每两年翻一修正为每18个1969-BiCMOSinvented Lin,Ho,IyerandolarTransistor1970-1stNMOS Cogaret

2、.alIBM金属栅（铝栅）MOSFET发展历1970lDRAM-MOSFET发展历1970lDRAM- 硅栅PMOS 1971- 4004,Insorroducedthe 硅栅PMOS10m，时钟频108KHz1979-125mm 5吋硅MOSFET发展历elMOSFET发展历el1982CMOS134,0001983-1stCMOS1989elCMOS1.2millionMOSFET发展历1997el Pentium CMOS7.5millionMOSFET发展历1997el Pentium CMOS7.5million2000elPentium42millionCMOS2004elPent

3、ium4E)100million90CMOS2007el 4核处理器试制成820million45CMOSMOSMOS电一、MOS一、MOS结多用nn沟MOS晶体管的衬底是P型硅。SiSiO2的界面态密度MOS电MOS电容中三个分离系统的能带1、功函功函数1、功函功函数E真空两种材料间的功函数接触MOS结构中的功函数差金属和半导体决能带弯金属为等势体能带弯金属为等势体带弯能带弯曲只能发生在半导体或绝缘层 能带上能带下二、平带电压二、平带电压变平，表面势为0，所需在栅上加的偏压，为平带电压是MOS结构的重要参数，是一电压基1、不考虑氧化层中的电msm Al-SiO2-msmsAl-SiO2-ms

4、ms 0.51 0.51(V)p-type(V)n-type多晶硅SiO2-多晶硅SiO2-msms 0.56 0.56(V)p-type(V)n-typen+多晶二氧化硅二氧化硅及其与界面中的电可动离子电荷氧化层固定电荷Qf定义等效界面电荷考虑氧化层中的电荷后的平带电考虑氧化层中的电荷后的平带电加一电压。使 Q0ox CdVC三、表面势和表面三、表面势和表面载流子浓：sEFn ni EFni )sEFn ni EFni )s n exp(s q0ttq EFEF n expEi（Ei) ni exp()siKTKTp exp(s 0t施加偏压时的MOS结MOS施加偏压时的MOS结MOS系统中

5、的电荷有Vg在栅电极上引起的电荷氧化层缺陷引起的等效电荷电中性条Q +Q g0s硅中感应的电荷s由由sG 和B之间的电压G 和B之间的电压由氧化物上压降+半导上的表面势+衬底与金属的接触电势差组soxms与外加偏压VGB的变化无VGB sox五、施加偏压五、施加偏压后的不同状态：积 Vg VF Qs 施加偏压后的不同状态：耗施加偏压后的不同状态：耗VV0Q0gssF 施加偏压后的不同状态：反施加偏压后的不同状态：反VV0Q0gF ss反型反型电的来源反型电子的源晶格热反型电子的源晶格热振动产生的电子、空穴形成反型层所需的时1s少s ,Qsn(x)n0exp(x) tp(x) p0exp(x) t(x)qp(x)n(x)NANA (x)qp(x)n(x)NANA p0 p0e(x)2F) p0 qp0e(x) qNAe(x) t 1(e(x) 泊松方程(x) Attsx x s s 边条件(x)根据高斯定理，半导体表面的电荷面密度 Qs 与表面(Si-SiO (x)根