半导体器件基础

1、半导体器件基础 第1页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices场效应晶体管，利用改变垂直于导电沟道的电场控制沟道的导电能力，并实现放大作用第2页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devic

2、es场效应晶体管管的工作电流由导体中单种多数载流子输运，因此又称为 单极型晶体管 ( Unipolar Transistor )第3页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices按结构及工艺特点场效应晶体管一般可分成三类：第一类是表面场效应管，通常采取绝缘栅的形式，称为绝缘栅场效应管 ( IGFET )。 第4页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 M

3、etal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices若半导体衬底与金属栅间的绝缘介质层是 Si02 ，即 “ 金属-氧化物-半导体 ” ( MOS ) 场效应晶体管，它是最重要的一种绝缘栅场效应晶体管；第5页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第二类是结型场效应管 (

4、 JFET )，一种采用 pn 结势垒控制器件导电能力的场效应晶体管; 第6页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesN 型衬底 P型栅区 P 型栅区 栅极 栅极 源极 漏极 耗尽区耗尽区第7页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundament

5、al of Semiconductor Devices第三类是薄膜场效应晶体管( TFT )，结构及原理与IGFET 相似。TFT 采用蒸发工艺将半导体、绝缘体和金属薄膜蒸发在绝缘衬底上构成的场效应晶体管。第8页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices效应晶体管与双极型晶体管相比有下述优点：(1) 输入阻抗高达 10 9一10 15 (2) 噪声系数小第9页，共189页，2022年，5月

6、20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (3) 功耗小可制造高集成度半导体的集成电路； (4) 温度稳定性好 多子器件，电学参数不随温度变化； (5) 抗辐射能力强等。第10页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Dev

7、icesMOS 场效应晶体管的结构Structure of MOSFETMOS 场效应管的衬底材料可以是 n 型半导体也可以是 p 型半导体。第11页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices p 型衬底制成的器件，漏 - 源区是 n 型，称 n 沟 MOS 场效应管。 n 型衬底材料制成的器 件，漏 - 源区是 p 型， 称 p 沟 MOS 场效应管；第12页，共189页，2022年，5

8、月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices p 沟 MOS 场效应管的工艺流程如下：第13页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices （1） 一次氧化：取电阻率为5 - 10 cm 的 n 型硅，按 ( 100

9、 ) 面进行切割、研磨、 抛光、清洗然后用热氧化法生长一层 5000 以上的一次氧化层，如图 （a）；第14页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices（2） 漏 - 源扩散：将一次氧化后的片子进行光刻，刻出漏 - 源区后进行硼扩散，形成两个 p + 区，分别称为源 ( S ) 区 和漏 ( D ) 区，如图（ b ）；第15页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Ch

10、apter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices ( 3 ) 光刻栅区：刻去硅片上源和漏之间的氧化层，留出栅区，如图（ c ）；第16页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices ( 4 ) 栅氧化： 在干氧气氛中生长厚度1500 2000 的优质氧化

11、层。这是制作 MOS 管最关键的一项工艺，栅氧化后的结构如图 （ d ）：第17页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices ( 5 ) 光刻引线孔、蒸铝、反刻、合金化，如图（e） 及（f）；上述步骤总共用了四次光刻、一次扩级、一次蒸发第18页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Eff

12、ect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices采用 p 型衬底材料，制作 n 沟 MOS 场效应管，工艺流程与制作 p 沟管基本相同。第19页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第20页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field E

13、ffect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesN 型衬底 P 型源区 P 型漏区 第21页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 沟 MOS 场效应管的示意 第22页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Tr

14、ansistorsFundamental of Semiconductor DevicesM0S 场效应管的类型Classification of MOSFET p 沟增强型衬底材料为 n 型源区和漏区均为 p+ 型导电沟道为 p 型第23页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 栅极电压为零时， n 型半导体表面由于 Si-Si02 界面正电荷的作用而处于积累状态，不存在导电沟道。第

15、24页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 栅极施加一定负偏压，且达到 UT 值时，才形成 p 型沟道。栅极负偏压增大，沟通导电能力随之增强，因此称为 p 沟增强型管。第25页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of S

16、emiconductor DevicesP 沟耗尽型如果 p 沟 MOS 管栅极电压 UGS 0 时已经存在 p 型导电沟道，原始反型沟道因 n 型半导体表面耗尽而形成，所以称为 p 沟耗尽型 管。第26页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices UGS 等于 UP 时，表面导电沟道消失，通常称 UP 为夹断电压或截止电压，显然，UP 0。 第27页，共189页，2022年，5月20日，

17、17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices p 沟增强型管的开启电压 (负值) 和 p 沟耗尽型管的夹断电压 (正值) 统称为阈值电压。第28页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesn 型 Si ( B )p+p+p+

18、p+p 沟增强型p 沟耗尽型SDGBSDGBS G DS G D第29页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 沟增强型衬底材料为 p 型源区和漏区均为 n+ 型导电沟道为 n 型第30页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundament

19、al of Semiconductor Devices栅极电压为零时，由于氧化层中正电荷的作用，半导体表面耗尽但未形成导电沟道。 UGS UT 时表面强反型，形成 n 型沟道。第31页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices此时加在栅极上的电压 UT 即 n 沟增强型 MOS 管的开启电压，UT 0。 第32页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4

20、Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 沟耗尽型如 p 型衬底浓度较低氧化层中正电荷密度较大栅下硅表面可能在 UGS 0 时就已满足强反型条件，并形成 n 型导电沟导。第33页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices这种 MOS 管称为 n 沟道耗尽型

21、 场效应管。栅电极如施加负压，抵消氧化层中正电荷的作用,表面能带下弯程度减小，可从强反型转为反型，甚至为耗尽。第34页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices同样定义使原始 n 型表面沟道消失所需的栅极电压为夹断电压 UP 。 不过 n 沟耗尽型 MOS 管的 UP 是负值。第35页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Se

22、miconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices UT 与 UP 统称为 n 沟管的阈值电压。图示分别为 n 沟 MOS 管的示意图和电路符号。第36页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 型 Si ( B )n+n+n+n+n 沟增强型n 沟耗尽型S G DS G DSDGBSDGB第

23、37页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices如在 n 型衬底材料上不仅制作 p 沟 MOS 管，而且同时制作 n 沟 MOS 管( n 沟 MOS 管制作在 p 阱内 )，就构成了所谓的CMOS（ Compensatory MOS ）。第38页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field E

24、ffect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesCMOS 的结构示意p 型 Si ( B ) n nnp pGGSSDDUCCUinUoutGndn - MOSp - MOS第39页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesCMOS 的符号图UCCUinUoutGnd第40页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二

25、Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesCMOS 工艺CMOS Technology n 阱 CMOS 主要制造步骤第41页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 1, 注入和扩散 N 阱 p - Substratephotoresis

26、tphotoresistSiO2n Well implant第42页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices2，淀积薄二氧化硅和氮化硅 定义场氧化和栅区 Si3N4SiO2p - Substraten Well第43页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transist

27、orsFundamental of Semiconductor Devices3， n 型场（沟道终止）注入 增加厚氧化 MOS 器件的有效阈值电压 | UTH | (实际增强型)Pad SiO2p - Substraten - WellSi3N4Si3N4Photo-resistPhoto-resistn field implant第44页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices4，

28、p 型场（沟道终止）注入 增加厚氧化 MOS 器件的有效阈值电压 p field implantPhoto-resistp - Substraten - WellSi3N4Si3N4第45页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices5, 生长场氧化层 p - Substraten - WellSi3N4Si3N4FOX第46页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Cha

29、pter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices6，生长薄氧化层及淀积多晶硅 p - Substraten - WellFOXPolysilicon第47页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices7，去除多晶硅并形成漏轻掺杂（LDD）间距 p - Su

30、bstraten - WellFOXSiO2 SpacerPolysilicon第48页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices8，N 沟 MOS 的漏、源注入和 n 型材料的接触区 Photo-resistn+ S/D implantp - Substraten - WellFOX第49页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxid

31、e-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices9，去除间距进行 N 沟 MOS 的轻掺杂漏注入 n S /D LDD implantPhoto-resistp - Substraten - WellFOX第50页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices10，P 沟 MOS 的漏、源注

32、入Photo-resistp - Substraten - WellFOXp S /D LDD implant第51页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices11，去除光刻胶构成的 MOS 器件PolysiliconSiO2p - Substraten - WellFOX第52页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semi

33、conductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices12，进行退火处理激活注入离子 n Diffusionp DiffusionPolysiliconp - Substraten - WellFOX第53页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices13，淀积厚氧化层（BPSG Borophosphosi

34、licate glass） BPSGp - Substraten - WellFOX第54页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices14，开出接触窗孔，淀积第一层金属并且腐蚀掉不需要的金属 Metal 1p - Substraten - WellFOX第55页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor

35、Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices15，淀积中间介质（ CVD SiO2 ），开出过孔，淀积第二层金属 Metal 2CVD SiO2p - Substraten - WellFOX第56页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp - Substraten - WellFOX16，腐蚀掉不需要的金属，

36、淀积钝化层并开出压焊区窗孔 Passivation protection layer第57页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第58页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices

37、MOS 场效应管的特征Characteristics of MOSFET各种 MOS 场效应管都有如下共同特征：第59页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (1) 双边对称 电学性质上 MOS 场效应管的源和漏可以相互交换，器件特性不受影响； (2)单极性 MOS 晶体管中只有一种类型的载流子参与导电；第60页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter

38、 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (3) 输入阻抗高 栅-源及栅-漏之间不存在电流通道，输入阻抗非常高。通常直流输入阻抗可大于 10 14 。第61页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (4) 电压控制 MOS 场效应管是一种电压控制的器

39、件，与高输入阻抗特性一起考虑时，则为一种输入功率非常低的器件。第62页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices (5) 自隔离MOS 晶体管的漏或源由于是背靠背的二极管，自然地与其他晶体管的漏或源隔离，这样就省掉了双极型工艺中的隔离工艺。第63页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field E

40、ffect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices 采用特性曲线是讨论晶体管特性的通常方法。 MOS 场效应晶体管可引入输出特性及转移特性曲线来描述 。第64页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesMOS 场效应管的输出和输入特性曲线Output and Input Chararcterisrics for MOSFET第65页，

41、共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices场效应管以栅极电压作为参变量，漏 - 源电流 IDS 与漏 - 源电压 UDS 之间的关系曲线即输出特性曲线下面以 n 沟道增强型 MOS 场效应管为例来讨论第66页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFund

42、amental of Semiconductor Devicesp-substraten+n+draingatesourcebulk (substrate)第67页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUB = 0US = 0UG UT0 UD UG - UT第82页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semicondu

43、ctor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏电压增大至 UDS UGS - UT反型层将无法扩展至整个从源到漏的沟道区，称为沟道夹断 （ pinched off ）。2饱和工作区第83页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp-substraten+n+draingatesourcebulk (su

44、bstrate)第84页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices简化为沟道一旦夹断，沟道中的电荷便不再变化，于是漏电流亦保持不变：第85页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏

45、电流不随漏电压的改变而变化，称为漏电流饱和状态称为饱和工作区。UB = 0US = 0UG UTUD UG - UT第86页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices容易求得器件工作在饱和区时的跨导 gm 为或第87页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transisto

46、rsFundamental of Semiconductor Devices3雪崩击穿区当 UDS 超过漏与衬底间结的击穿电压时，电流不必通过漏和源间的沟道，直接由漏经衬底到达源，IDS 迅速增大，器件进入雪崩击穿区。第88页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices雪崩击穿区饱和工作区线性工作区IDUDS0第89页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter

47、4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 沟道耗尽型 p 沟道增强型 p 沟道耗尽型 MOS 场效应管的输出特性曲线，可用类似的方法讨论 。 第90页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesIDUDS0Ugs= 0n 沟增强型IDUDS0Ugs= 0

48、n 沟耗尽型- ID-UDS0p 沟增强型Ugs= 0- ID-UDS0Ugs= 0p 沟耗尽型第91页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices输入特性曲线 Input Chararcterisrics第92页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsF

49、undamental of Semiconductor Devices MOS 场效应管的输入特性曲线又称转移特性曲线 MOS 场效应晶体管是一种利用栅源之间的电压控制输出电流的压控制器件。第93页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices MOS 晶体管工作在饱和区时的电流为 IDSS，UGS 不同，IDSS 也不同。 IDSS 与 UGS 的关系曲线称为转移特性曲线。第94页，共189

50、页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUGSUTIDSS0n 沟增强型 MOSFET 的转移特性曲线第95页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUGSUPIDSS0n 沟耗尽型 MOS

51、FET 的转移特性曲线第96页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUGSUTIDSS0p 沟增强型 MOSFET 的转移特性曲线第97页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices

52、UGSIDSS0UPp 沟耗尽型 MOSFET 的转移特性曲线第98页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesMOS 场效应晶体管的阈值电压Threshold Voltage of MOSFET n 沟增强型 MOS FET 的阈值电压也就是器件沟道的开启电压，由下式决定： 第99页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Se

53、miconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices第100页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices增强型管，UT 0，显然应有 第101页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect

54、TransistorsFundamental of Semiconductor Devices n 沟耗尽型 MOS FET 的阈值电压 UT 0，说明栅极电压为零，表面沟道已经存在，因此，开启电压实际上就是夹断电压，通常用 UP 表示第102页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor DevicesUP 0，即当UGS -UP时器件就能开启，栅极电压再负很些，沟道截止。第103页，共189页，2022

55、年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 沟增强型管 的阈值电压 UT 为第104页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp 沟道耗尽型 MOSFET 的阈值电压 UT 仍由上式得到，不过要求 UT

56、 0就是说，栅极电压为零时p 型沟道早已形成，第105页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices这时的开启电压实质上是夹断电压 UP 。 当栅极施加的正电压大于 UP 时，沟道全部截止。第106页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamen

57、tal of Semiconductor Devices需要说明的是，上面的表式只适用于长沟道 MOS 场效应管。沟道长度较短时，须考虑短沟道效应，管子的阈值电压会随沟道长度的减小而减小。第107页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices沟道长度调变Channel - Length Modulation曾经定义饱和工作区的漏电流不随漏电压的改变而变化。第108页，共189页，2022年，

58、5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices实际上，继续增加UDS，沟道夹断点将向源端移动，漏端出现耗尽区。第109页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devicesp-substrateUGSUDSLLSn+n+第1

59、10页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices由单边突变结耗尽区宽度的公式可得漏端耗尽区随 UDS 增大而不断变化的关系：第111页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏-源饱

60、和电流随沟道长度减小明显增加。实际沟道长度减小为第112页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorsFundamental of Semiconductor Devices漏 - 源饱和电流随沟道长度变化而变化的效应称沟道长度调变效应。MOS 管的沟道长度调变效应类似于双极型管基区宽度调变效应，结果都使增益变大，输出阻抗变小。第113页，共189页，2022年，5月20日，17点33分，星期二Chapter 4 Metal Oxide-Semiconducto