高二物理竞赛课件沟道长度调制（二阶效应）

沟道长度调制（二阶效应）1沟道长度调制（二阶效应）

当VDS增大时，MOS管的漏端沟道被夹断并进入饱和，VDS进一步增大，该夹断点向源区移动，从而使沟道的有效长度减小，于是沟道中水平电场增强了，增加了电流。这就是沟道长度调制效应。故器件的有效沟道长度为

L'=L∧漏极区的耗尽区的宽度VdsVDsat是耗尽区上的电压如果衬底掺杂高，那么这种调制效应就减小了MOS管二阶效应

以前对MOS管的分析是一维计算，假定所有的电场效应都是正交的。然而，这种假定在沟道区的边沿上是不成立的。因为沟道很短，很窄，边沿效应对器件特性有重大影响，使VT的减小。栅极感应所生成的耗尽区，与源、漏耗尽区是连接在一起的。显然，有部分区域是重叠的。那里的耗尽区是由栅极感应与扩散平衡共同形成的。差不多一半由感应产生，另一半由扩散形成。这样，栅极电压只要稍加一点，就可以在栅极下面形成耗尽区。

QB‘=QBQL 故门限电压VT必然降低。MOS管二阶效应对于长沟道MOS管，影响不大。但是当沟道长度L<5后，VT降低极其明显，如图所示。MOS管二阶效应如果沟道太窄，即W太小，那么栅极的边缘电场会引起Si衬底中的电离化，产生了附加的耗尽区，增加门限电压。5类型剖面图输出特性转移特性)(n常闭沟增强型)(n常开沟耗尽型)(p常闭沟增强型)(p常开沟耗尽型+G+n+np+DDI沟道nG+n+np+DDI+--G+p+pn-DDIG+p+pn-DDI+-沟道pDI0DV123V4G=VDI0DV2-0V1G=V1-0DIDV-1-2-3-V4G-=VDI0DV-120V1G-=V+-0TnVDITpV0GVDI+-+0TnVDIGV-+-0GVDI类型剖面图输出特性转移特性)(n常闭沟增强型)(n常开沟耗尽型)(p常闭沟增强型)(p常开沟耗尽型+G+n+np+DDI+G+n+np+DDI沟道nG+n+np+DDI+-G+n+np+DDI+--G+p+pn-DDI-G+p+pn-DDIG+p+pn-DDI+-沟道pG+p+pn-DDI+-G+p+pn-DDI+-沟道pDI0DV123V4G=VDI0DV123V4G=VDI0DV2-0V1G=V1-DI0DV2-0V1G=V1-0DIDV-1-2-3-V4G-=V0DIDV-1-2-3-V4G-=VDI0DV-120V1G-=VDI0DV-120V1G-=V+-0TnVDI+-0TnVDITpV0GVDI+-TpV0GVDI+-+0TnVDIGV-+0TnVDIGV-+-0GVDI+-0GVDI氧化层上方金属为栅极，高掺杂或结合金属硅化物的多晶硅可作栅极，第四个端点为一连接至衬底的欧姆接触。MOSFET基本原理6光子和固体内电子间三种主要的相互作用过程：吸收、自发辐射、受激辐射。原子内的两个能级E1（基态）和E2（激发态），hν12=E2-E1。激发态原子不稳定，经短暂时间后，无外来激发就跳回基态，并放出一个能量为hν12的光子，这个过程称为自发辐射[图(b)]。能量为hν12的光子撞击一原本在激发态的原子[图(c)]，使得此原子转移到基态，并放出一个与入射辐射同相位（相干）、能量为hν12的光子（单色）。此过程称为受激辐射。7发光二极管的主要工作过程是自发辐射，激光二极管则是受激辐射，而光探测器和太阳能电池的工作过程则是吸收。假如光子受激辐射>光子吸收，则电子在较高能级的浓度会>在较低能级的浓度。这种情况称为分布反转，因其与平衡条件下的情况恰好相反。粒子数反转是激光产生的必要条件。受激辐射远比自发辐射和吸收来得重要。半导体被光照射，如果hν=Eg，则半导体会吸收光子产生电子-空穴对，如(a)所示。若hν>Eg，则除产生电子-空穴对外，(hν-Eg)将以热的形式耗散，如(b)所示。(a)与(b)的过程皆称为本征跃迁（能带至能带的跃迁）。若hν<Eg，则只有在禁带中存在由化学杂质或物理缺陷所造成的能态时，光子才会被吸收，如(c)所示，这种过程称为非本征跃迁。CEVEgE)(a)(b)(cuhtECEVEgE)(a)(b)(cuhtE8半导体激光和固态红宝石激光及氦氖气体激光比较：共性：方向性很强的单色光束，谱线较LED的窄。不同之处：半导体激光较其他激光体积小；在高频时易于调制，只需要调节偏电流即可。应用：光纤通信中的光源，录像机、光学刻录机及高速激光打印机等。基础研究与技术领域，高分辨率气体光谱学及大气污染监测等。都具有直接禁带：动量守恒，辐射性跃迁几率较高，量子效率高。激光半导体材料半导体激光99金-半接触可分为两种形式：整流性与非整流的欧姆性。金半接触当金属与半导体紧密接触时，两种不同材料的费米能级在热平衡时相同；此外，真空能级也必须连续。这两项要求决定了理想金半接触的能带图，如图所示。理想状况下，势垒高度qBn为金属功函数与电子亲和力之差。图中的半导体侧，Vbi为电子由半导体导带上欲进入金属时遇到的内建电势。qVn为导带底与费米能级间的距离。10肖特基势垒指一具有大的势垒高度（即Bn或Bp>>kT/q），以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属-半导体接触。工作在适当温度（300K）的肖特基二极管，其主要传导机制是半导体中多数载流子的热电子发射越过接触势垒而进入金属中。肖特基势垒

正常工作情况下，少数载流子电流大小比多数载流子电流少了几个数量级。因此，肖特基二极管被视为单极性器件，亦即主要由一种载流子来主导导通的过程。金属-半导体接触的接触电阻相对于半导体主体或串联电阻可忽略不计时，被定义为欧姆接触。良好的欧姆接触不会严重降低器件性能，且通过电流时所产生的电压降比降落于器件有源区的电压降要小。欧姆接触11金半场效应晶体管（MESFET）具有三个金属-半导体接触。其中，一个肖持基接触作为栅极，两个当作源极与漏极的欧姆接触。MESFETMESFET原理结构如下图所示。源极接地，栅极电压与漏极电压以源极为