半导体器件基础

半导体器件基础第1页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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

(UnipolarTransistor

)第3页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices第二类是结型场效应管

(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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesN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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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

109一1015Ω(2)噪声系数小第9页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesMOS场效应晶体管的

结构

StructureofMOSFETMOS

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

p

沟MOS场效应管的工艺流程如下：第13页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

（1）一次氧化：取电阻率为5-10Ω·cm的n型硅，按(100)

面进行切割、研磨、抛光、清洗．然后用热氧化法生长一层5000Å

以上的一次氧化层，如图（a）；第14页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices（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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(4)

栅氧化：在干氧气氛中生长厚度1500–2000Å

的优质氧化层。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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices第20页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesN型衬底P型源区

P型漏区

第21页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp沟MOS

场效应管的示意第22页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesM0S

场效应管的类型

ClassificationofMOSFET

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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24页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesP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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesn型

Si(B)p+p+p+p+p沟增强型p沟耗尽型SDGBSDGBSGDSGD第29页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices这种MOS

管称为

n

沟道耗尽型场效应管。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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp型

Si(B)n+n+n+n+n沟增强型n沟耗尽型SGDSGDSDGBSDGB第37页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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（CompensatoryMOS）。第38页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesCMOS的结构示意p型

Si(B)

n

nnp

pGGSSDDUCCUinUoutGndn-MOSp-MOS第39页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesCMOS

的符号图UCCUinUoutGnd第40页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesCMOS

工艺

CMOSTechnology

n

阱CMOS

主要制造步骤第41页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

1,

注入和扩散N

阱p-SubstratephotoresistphotoresistSiO2nWellimplant第42页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices2，淀积薄二氧化硅和氮化硅

定义场氧化和栅区Si3N4SiO2p-SubstratenWell第43页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices3，

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)PadSiO2p-Substraten-WellSi3N4Si3N4Photo-resistPhoto-resistnfieldimplant第44页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices4，

p型场（沟道终止）注入

增加厚氧化

MOS

器件的有效阈值电压pfieldimplantPhoto-resistp-Substraten-WellSi3N4Si3N4第45页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices5,

生长场氧化层p-Substraten-WellSi3N4Si3N4FOX第46页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices6，生长薄氧化层及淀积多晶硅p-Substraten-WellFOXPolysilicon第47页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices7，去除多晶硅并形成漏轻掺杂（LDD）间距p-Substraten-WellFOXSiO2SpacerPolysilicon第48页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices8，N

沟MOS的漏、源注入和

n

型材料的接触区Photo-resistn+S/Dimplantp-Substraten-WellFOX第49页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices9，去除间距进行N

沟MOS

的轻掺杂漏注入nS/DLDDimplantPhoto-resistp-Substraten-WellFOX第50页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices10，P沟MOS

的漏、源注入Photo-resistp-Substraten-WellFOXpS/DLDDimplant第51页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices11，去除光刻胶构成的MOS

器件PolysiliconSiO2p-Substraten-WellFOX第52页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices12，进行退火处理激活注入离子nDiffusionpDiffusionPolysiliconp-Substraten-WellFOX第53页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices13，淀积厚氧化层（BPSG–Borophosphosilicateglass）

BPSGp-Substraten-WellFOX第54页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices14，开出接触窗孔，淀积第一层金属并且腐蚀掉不需要的金属Metal1p-Substraten-WellFOX第55页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices15，淀积中间介质（CVDSiO2），开出过孔，淀积第二层金属Metal2CVDSiO2p-Substraten-WellFOX第56页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp-Substraten-WellFOX16，腐蚀掉不需要的金属，淀积钝化层并开出压焊区窗孔Passivationprotectionlayer第57页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices第58页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesMOS场效应管的特征

CharacteristicsofMOSFET各种MOS

场效应管都有如下共同特征：第59页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(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1014Ω。第61页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(4)

电压控制

MOS场效应管是一种电压控制的器件，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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

(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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesMOS

场效应管

的输出和输入特性曲线

OutputandInputChararcterisrics

forMOSFET第65页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp-substraten+n+draingatesourcebulk(substrate)第67页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUB=0US=0UG<UTUD≥0第68页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices第69页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices假定半导体表面电位恒定不变，即漏-源电压为零据此可知，感应的反型电荷与栅电压正比，而且反型电荷沿沟道的分布为常值。第70页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices若漏端施加正电压U，则沟道电压将以某种方式从源端的零值增加到漏端的U值。显然，沟道中产生感应反型层的有效净电压，越接近漏端，减小得越多。第71页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp-substraten+n+draingatesourcebulk(substrate)第72页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices沟道电荷密度具有下述形式：Qn为沟道y处的电子电荷，Cox

=εox/tox

，

U(y)为y处的沟道电位。第73页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

1.可调电阻区又称线性工作区或三极管工作区。漏-源电压UDS

相对于栅极电压较小，但源和漏之间已存在连续的n型沟道。第74页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices根据沟道电荷密度的表式可以发现且某特定U(y)电压下沟道电荷密度必在漏短先为零。第75页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices因此，可定义条件为线性工作区的边界条件第76页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices考虑到电流与运动电荷的速度以及电荷大小的乘积成正比，所以有式中

W为器件的宽度。第77页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices代入沟道电荷密度的表式：注意到电场E

即电压沿沟道方向的负梯度，因此第78页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices故沿沟道积分，解得第79页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices漏-源电压很小时，不难看出，漏电流基本上与漏-源电压保持线性关系。在该状态下工作的器件，特性犹如压控电阻（voltage-controlledresistor）。第80页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices也就是说，器件沟道区呈现电阻特性，电流IDS

与UDS基本上是类似与真空三极管的线性关系，且UGS

越大，沟道电阻越小，此即可调电阻区名称的由来。第81页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUB=0US=0UG>UT0≤UD≤UG-UT第82页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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（pinchedoff

）。2．饱和工作区第83页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp-substraten+n+draingatesourcebulk(substrate)第84页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices漏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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices容易求得器件工作在饱和区时的跨导gm为或第87页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices3．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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices雪崩击穿区饱和工作区线性工作区IDUDS0第89页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesIDUDS0Ugs=0n

沟增强型IDUDS0Ugs=0n

沟耗尽型-ID-UDS0p沟增强型Ugs=0-ID-UDS0Ugs=0p沟耗尽型第91页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices输入特性曲线

InputChararcterisrics第92页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUGSUTIDSS0n沟增强型MOSFET

的转移特性曲线第95页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUGSUPIDSS0n沟耗尽型

MOSFET

的转移特性曲线第96页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUGSUTIDSS0p沟增强型MOSFET

的转移特性曲线第97页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUGSIDSS0UPp沟耗尽型

MOSFET

的转移特性曲线第98页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesMOS场效应晶体管的

阈值电压

ThresholdVoltage

ofMOSFET

n沟增强型MOSFET

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices第100页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices增强型管，UT＞0，显然应有第101页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices

n

沟耗尽型MOSFET

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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesUP＜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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp

沟增强型管的阈值电压UT

为第104页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp

沟道耗尽型MOSFET

的阈值电压UT

仍由上式得到，不过要求

UT＞0就是说，栅极电压为零时p型沟道早已形成，第105页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices沟道长度调变

Channel-LengthModulation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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevicesp-substrateUGSUDSLLSn+n+第110页，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices漏-源饱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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistorsFundamentalofSemiconductorDevices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，课件共189页，创作于2023年2月Chapter4Metal–Oxide-SemiconductorFieldEf