MOS场效应晶体管基础2课件

1、MOS- V +a. MOS结构b. 电场效应1、 双端MOS结构及其场效应第1页，共35页。- V +_ _ _ _ _ _ _+ + + + + + +p型空穴堆积a. p增强型+ V -+ + + + + + +p型空穴耗尽b. p耗尽型_ _ _ _ _ _ _+ V -+ + + + + + +p型电子堆积c. p反型_ _ _ _ _ _ _-V+V+V2、 半导体的耗尽及反型s表面势空穴堆积电子堆积第2页，共35页。- V + + + + + + +n型电子堆积a. n增强型+ V -+ + + + + + +n型电子耗尽b. n耗尽型_ _ _ _ _ _ _+ V -+ +

2、+ + + + +n型空穴堆积c. n反型_ _ _ _ _ _ _+V-V-V2、 半导体耗尽及反型_ _ _ _ _ _ _s表面势空穴堆积电子堆积第3页，共35页。2、 耗尽区宽度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。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。第4页，共35页。金属 氧化物 p型半导体3、 平衡能带结构真空能级金属 氧化物 p型半导体真空能级能带平衡关系：总的能带弯曲等于金属半导体功函数差：金属功函数电子亲合能第5页，共35页。3、 栅压- VG +金属 氧化物 半导体第6页，共35页。4、 平带电压金属 氧化物 半导体金属 氧化物 半导体

3、第7页，共35页。5、 阈值电压金属 氧化物 p型半导体金属 氧化物 p型半导体第8页，共35页。5、 阈值电压第9页，共35页。5、 阈值电压第10页，共35页。6、 电荷分布平带耗尽弱反型堆积强反型注：堆积和强反型载流子增长很快。第11页，共35页。7、 MOS电容模型第12页，共35页。8、理想 C-V特性堆积耗尽中反型强反型低频高频第13页，共35页。8、理想 C-V特性堆积中反型强反型耗尽低频高频第14页，共35页。9、非理想效应堆积反型低频高频第15页，共35页。9、非理想效应禁带中央阈值平带a. 固定栅氧化层电荷b. 界面态效应第16页，共35页。3.2 MOS场效应晶体管1、M

4、OSFET的结构及工作原理2、电流-电压关系（定性分析）3、电流-电压关系（定量分析）4、MOSFET的等效电路5、MOSFET的频率限制特性第17页，共35页。1、MOSFET的结构及工作原理p源(S) 栅(G) 漏(D)体(B)p源(S) 栅(G) 漏(D)体(B)n沟GDSBGDSB（1）N沟增强型（2）N沟耗尽型第18页，共35页。1、MOSFET的结构及工作原理n源(S) 栅(G) 漏(D)体(B)n源(S) 栅(G) 漏(D)体(B)p沟GDSBGDSB（3）P沟增强型（4）P沟耗尽型第19页，共35页。1、MOSFET的结构及工作原理pGDSpGDS空间电荷区电子反型层(a) 栅

5、压低于阈值电压：沟道中无反型层电荷(b) 栅压高于阈值电压：沟道中产生反型层电荷第20页，共35页。2、电流-电压关系（定性）（小的漏源电压作用）pGDS电子反型层第21页，共35页。2、电流-电压关系（定性）P耗尽区氧化层反型层P反型层P反型层线性区偏离线性饱和第22页，共35页。3、电流-电压关系（定量）GDSp电子反型层第23页，共35页。3、电流-电压关系（定量）金属氧化层P型半导体（a）电荷关系（b）高斯关系第24页，共35页。3、电流-电压关系（定量）（c）电势关系（d）能量关系金属 氧化物 半导体第25页，共35页。3、电流-电压关系（定量）电流公式电荷关系电压关系阈值电压电流-

6、电压关系：第26页，共35页。3、电流-电压关系（定量）电流-电压关系：（VGSVT，VDSVDS(sat)）饱和:（电流达到最大）饱和电流-电压关系：第27页，共35页。3、电流-电压关系（定量）电流-电压关系：饱和:饱和电流-电压关系：P沟道增强型MOSFET：nGDSP沟道耗尽型MOSFET：第28页，共35页。3、电流-电压关系（定量）电流-电压关系的应用（1）确定阈值电压和迁移率（1）低漏源电压近似：（VDS0）（2）饱和电流-电压关系：（VDS= VDS(sat) ）第29页，共35页。3、电流-电压关系（定量）电流-电压关系的应用（2）MOSFET的跨导MOSFET跨导的定义:非饱和区跨导:饱和区跨导:线性很好！第30页，共35页。3、电流-电压关系（定量）衬底偏置效应pGDS第31页，共35页。4、小信号等效电路第32页，共35页。4、小信号等效电路栅极：漏极：第33页，共35页。5、频率限制因素与截止频率输入电流：截止频率：输出电流：电流增益：电压增益：第34页，共35页。