MOSFET原理及应用

1、MOSFET 原理及应用,姓名：张琰 学号：2014260646,内容 MOSFET简介 MOSFET基本结构及类型 MOSFET工作原理 MoS2 MOSFET,1,在电力电子行业的发展过程中，半导体器件起到了关键性作用。其中，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)由于其在模拟电路与数字电路中的广泛应用而受到极大关注。以MOSFET的命名来看，事实上会让人得到错误的印象。早期金氧半场效晶体管栅极使用金属作为材料，但由于多晶硅在制造工艺中更耐高温等特点，许多金氧半场效晶体管栅极采用后者而非前者金属。然而，随着半导体特征尺寸的不断缩小，金属作为栅极材料最近又再次得到了研究人员的关注1-3。

2、,MOSFET简介,2,沟道中导电的 载流子类型,N沟道 （P型衬底）,P沟道 （N型衬底）,强反型时，导电沟道中的电子漂移运动形成电流,强反型时，导电沟道中的空穴漂移运动形成电流,VGS0时，是 否有导电沟道,增强型,耗尽型,VG0时，无导电沟道,VG0时，有导电沟道,(导电沟道是反型层，故与衬底的类型是相反的),2种分类方法：,MOSFET基本结构及类型,3,MOSFET基本结构及类型,MOSFET核心：,当一个电压施加在MOS电容的两端时，半导体的电荷分布也会跟着改变。考虑一个p型的半导体(空穴浓度为NA)形成的MOS电容，当一个正的电压VGB施加在栅极与基极端时，空穴的浓度会减少，电子

3、的浓度会增加。当VGB够强时，接近栅极端的电子浓度会超过空穴。这个在p-type半导体中，电子浓度（带负电荷）超过空穴（带正电荷）浓度的区域，便是所谓的反型层(inversion layer)。,4,B,衬底电极,MOSFET基本结构及类型,5,MOSFET工作原理,基于“表面场效应”原理：利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。,6,MOSFET工作原理,工作原理(以N沟道增强型为例):,7,MOSFET工作原理,8,MOSFET工作原理,MOSFET工作原理,9,MOSFET工作原理,10,MOSFET工作原理,11,MOSFET工作原理,特性曲线(N沟

4、道增强型MOS管):,12,MOS2 MOSFET,近年来，MoS2材料因其优越的电学、光学和催化性能及干润滑的功能而受到人们的广泛关注和研究。MoS2薄膜与现在研究最为广泛的纳米材料石墨烯同是层状结构，二者具有非常相近的性质，但是由于石墨烯无禁带的特点难以应用于晶体管，而以MoS2薄膜作为沟道材料的场效应晶体管则由于其高的开关比和几乎接近理论值的亚阈值摆幅而受到广泛的研究4-8。B. Radisavljevic等人9研制出的以单层MoS2作为沟道材料的MOSFET如图3所示。,13,MOS2 MOSFET,图3 MoS2作为沟道材料的MOSFET9,14,MOS2 MOSFET,图4 单层M

5、oS2 晶体管剖视图9,如图4所示，单层MoS2(厚6.5 )被沉积于具有270nm厚SiO2的简并掺杂Si基体上。基体作为背栅极，两个金电极分别作源极和漏极。单层MoS2与栅极之间被厚30nm的以原子层沉积法生长出的SiO2隔开，通过向栅极加电压Vtg,同时保持基体接地，可以很好地控制局部电流密度。,15,参考文献,1Jung-Hae Choi, Kwang-Duk Na, Seung-Cheol Lee, Cheol Seong Hwang, Thin Solid Films, 518 (2010) 6373. 2 S.J. Koester, R. Hammond, J.O. Chu, I

6、EEE Electron Device Lett. 21 (2000) 110. 3 G. Hock, T. Hackbarth, U. Erben, E. Kohn, U. Konig, Electron. Lett. 34 (1998) 1888. 4 Radisavljevic, B., Radenovic, A., Brivio, J., Giacometti, V. & Kis, A. Single-layer MoS2 transistors. Nature Nanotech. 6, 147-150 (2011). 5 Radisavljevic, B.,Whitwick, M.

7、B. & Kis, A. Integrated circuits and logic operations based on single-layer MoS2. ACS Nano 5, 9934-9938 (2011). 6 Wang, H. et al. Integrated circuits based on bilayer MoS2 transistors. Nano Lett. 12, 4674-4680 (2012). 7 Lee, H. S. et al. MoS2 nanosheet phototransistors with thickness-modulated optical energy gap. Nano Lett. 12, 3695-3700 (2012). 8 Yoon, Y., Ganapathi, K. & Salahuddin, S. How good can monolayer MoS2 transistors be? Nano Lett. 11, 3768-37