第6章 MOSFET及相关器件02.ppt

1、第6章 MOSFET及相关器件,半导体器件物理,Semiconductor Physics and Devices,第6章 MOSFET及相关器件,1,金属-SiO2-Si被广泛研究。SiO2-Si系统电特性近似于理想MOS二极管。但一般qms0，且在氧化层内或SiO2-Si界面处存在不同电荷，将以各种方式影响理想MOS特性。,一、功函数差 对于一有固定qm的金属，其与半导体功函数qs的差qms=q(m-s)会随半导体掺杂浓度而改变，如右图。 随电极材料与硅衬底掺杂浓度的不同，ms可能会有超过2V的变化。,6.1.2 SiO2-Si MOS二极管,第6章 MOSFET及相关器件,2,考虑一在独

2、立金属与独立半导体间的氧化层夹心结构，如图(a)。 独立状态下，所有能带均保持水平，即平带状况。当三者结合，热平衡状态下，费米能级必为定值，且真空能级必为连续，为调节功函数差，半导体能带需向下弯曲，如图(b)。,热平衡，金属含正电荷，而半导体表面为负电荷。为达到平带状况，需外加一相当于功函数差qms的电压，对应图(a)；此处在金属外加的负电压VFB=ms，称为平带电压。,第6章 MOSFET及相关器件,3,MOSFET有许多种缩写形式，如IGFET、MISFET、MOST等。n沟道MOSFET的透视图如图所示，四端点器件。,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

3、点为一连接至衬底的欧姆接触。 基本的器件参数：沟道长度L（为两个n+-p冶金结之间的距离）、沟道宽度Z、氧化层厚度d、结深度rj以及衬底掺杂浓度NA。,6.2 MOSFET基本原理,器件中央部分即为MOS二极管,第6章 MOSFET及相关器件,4,MOSFET中源极为电压参考点。当栅极无外加偏压时，源、漏电极间可视为两个背对背相接的p-n结，而由源极流向漏极的电流只有反向漏电流。,6.2.1 基本特性,外加一足够大正电压于栅极，MOS结构将被反型，两个n+区间形成表面反型层（沟道）。源、漏极通过这一n型沟道连接，允许大电流流过。沟道电导可通过栅极电压来调节。衬底可连接至参考电压或相对于源极的反

4、向偏压，衬底偏压亦会影响沟道电导。,第6章 MOSFET及相关器件,5,当栅极上施加一偏压，并在半导体表面产生强反型。若在漏极加一小量电压，电子将会由源极经沟道流向漏极（电流流向相反）。因此，沟道的作用就如同电阻一般，漏极电流ID与漏极电压成比例，如图(a)右侧直线所示的线性区。,第6章 MOSFET及相关器件,6,半导体表面强反型形成导电沟道时，沟道呈电阻特性，当漏-源电流通过沟道电阻时将在其上产生电压降。 忽略其它电阻，漏端相当于源端的沟道电压降就等于VDS。 沟道存在压降，栅绝缘层上有效压降从源端到漏端逐渐减小。 当漏极电压持续增加，直到达到VDsat，靠近y=L处的反型层厚度xi0，此

5、处称为夹断点P，如图(b)。,VDsat称为饱和电压。,第6章 MOSFET及相关器件,7,沟道被夹断后，若VG不变，则当VDS持续增加时，VDS-VDsat降落在漏端附近的夹断区，夹断区随VDS的增大而展宽，夹断点P随之向源端移动。 P点电压保持VDsat，反型层内电场增强而反型载流子数减少，二者共同作用的结果是单位时间流到P点的载流子数即电流不变。 载流子漂移到P点，被夹断区的强电场扫入漏区，形成漏源电流，该电流不随VDS变化（达到饱和）。此为饱和区，如图(c)。 VDS过大，漏端p-n结会发生反向击穿。,第6章 MOSFET及相关器件,8,6.2.2 MOSFET的种类,第6章 MOSFET及相关器件,9,课堂小结,理想M