半导体器件物理-MOSFET2课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《半导体器件物理-MOSFET2课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 半导体器件 物理 MOSFET2 课件
- 资源描述:
-
1、西安电子科技大学西安电子科技大学 XIDIDIAN UNIVERSITYXIDIDIAN UNIVERSITY第四章第四章 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管MOSFETMOSFET结构和基本工作原理结构和基本工作原理 2022-6-81场效应器件物理场效应器件物理2022-6-8XIDIAN UNIVERSITY 4.1 MOSFET 结构结构oMOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor field-effect transistorpMOS器件:四器件:四端器端器件,件,G、S、D、Bu一般情况下,一般情况下,VBS=0,则成为三端器,则成为三端器件件p与与JFE
2、T相比:相比:u控制栅为控制栅为MOS结构结构u 源、漏掺杂与类型与衬底源、漏掺杂与类型与衬底相反相反o简单看作:简单看作:MOS电容和两个背靠背电容和两个背靠背PN结构成结构成2022-6-84.1 MOSFET 结构结构o MOS电容:外加电容:外加VG, 氧化层下方半导体表面氧化层下方半导体表面形成强反型形成强反型层,连接层,连接SD区区 强反型层强反型层-MOSFET的的导电导电沟道沟道o VDS在沟道上产生电场,载流子从源漂移到漏,被漏极收集形成在沟道上产生电场,载流子从源漂移到漏,被漏极收集形成IDo 重要参数:重要参数:u沟道长度沟道长度L:栅氧下方源漏之间半导体的长度:栅氧下方
3、源漏之间半导体的长度.u沟道宽度沟道宽度W:与沟长垂直的水平方向的源漏区宽度:与沟长垂直的水平方向的源漏区宽度u栅氧厚度栅氧厚度tox2022-6-84.1 MOSFET MOSFETMOSFET分类分类(1)(1) n沟道沟道MOSFET:NMOSP P衬,衬,n n型反型层,型反型层,电子导电电子导电VDS0, ID0p沟道沟道MOSFET:PMOSN衬,衬,p型反型层,型反型层,空穴导电空穴导电VDS0, ID0o 按照沟道载流子的导电类型分按照沟道载流子的导电类型分:o 每种器件只有一种载流子参与导电每种器件只有一种载流子参与导电单极性单极性器件器件2022-6-84.1 MOSFET
4、 MOSFETMOSFET分类分类(2)(2)o0栅压是否存在反型沟道分:栅压是否存在反型沟道分:on沟耗尽沟耗尽型型MOSFETu零零栅压时已存在反型沟道,栅压时已存在反型沟道,uVTN0u加栅压加栅压VGS0,u加栅压加栅压VGSVTN, 沟道开启沟道开启o思考:思考:不进行专门的不进行专门的N型掺杂,能否形成耗尽型型掺杂,能否形成耗尽型NMOS?2022-6-84.1 MOSFET MOSFETMOSFET分类分类(3)(3) op沟沟增强型增强型MOSFETu零栅压时不存在反型沟道零栅压时不存在反型沟道uVTP0u加栅压加栅压VGS0u加栅压加栅压VGSVTP, 沟道关闭沟道关闭4.1
5、 MOSFET MOSFETMOSFET分类(分类(4 4)o 四种类型四种类型MOS晶体管的电路符号晶体管的电路符号un沟、沟、p沟的箭头:衬底与沟道之间可形成的场感应沟的箭头:衬底与沟道之间可形成的场感应pn结的正偏方向结的正偏方向u耗尽型:代表沟道区的线为实线,即耗尽型:代表沟道区的线为实线,即VGS=0时已存在沟道时已存在沟道增强型:代表沟道区的线为虚线,即增强型:代表沟道区的线为虚线,即VGS=0时不存在沟道时不存在沟道4.1 MOSFET MOSFETMOSFET分类(分类(5 5)o 四种类型四种类型MOS晶体管的的偏置条件晶体管的的偏置条件4.1 MOSFET MOSFETMO
6、SFET的阈值电压的阈值电压oVBS=0,即衬底接地;,即衬底接地; VGS 即为中间即为中间MOS电容两侧电势差电容两侧电势差uMOS电容电容VT:MOS电容半导体表面是否强反型的临界电压,电容半导体表面是否强反型的临界电压, 强反型层强反型层-MOSFET的导电沟道的导电沟道uVGSVT:半导体表面未形成强反型层,导电沟道未形成,器件截止:半导体表面未形成强反型层,导电沟道未形成,器件截止uVGSVT:半导体表面形成强反型层,导电沟道形成,器件导通半导体表面形成强反型层,导电沟道形成,器件导通oMOSFET的阈值电压的阈值电压VT:表面:表面刚刚产生沟道所需刚刚产生沟道所需的栅源电压的栅源
7、电压o沟道内可动电荷沟道内可动电荷Qn,面电荷密度面电荷密度Qn=COX(VGS-VT):只有只有VGS大于大于VT,表面才,表面才产生导电沟道,根据电容电压电荷关系得产生导电沟道,根据电容电压电荷关系得Qn2022-6-8n沟增强型沟增强型4.1 MOSFET I-VI-V定性分析定性分析p偏置特点:偏置特点:uVBS=0, 源衬短接;源衬短接;VGSVT ,沟道沟道形成;形成;u VDS0,形成漏极电流,形成漏极电流ID,造成,造成沟厚不等厚沟厚不等厚: VDS0沟道中从源到漏电位不断沟道中从源到漏电位不断增大增大沟道上一点沟道上一点X, VXS, X从从S往往D移动移动,VXS,VGX(
8、=VGS-VXS) VGXVT, X点点处才形成沟道处才形成沟道,反型层可动电荷反型层可动电荷Qn(x)=COX(VGX-VT), X从从S往往D移动,移动, Qn(x)不断不断,源端源端Qn(0)最大,漏端最大,漏端Qn(L)最小最小u沟道面电荷密度不相等沟道面电荷密度不相等可等效为可等效为沟道沟道截面积不相等截面积不相等2022-6-8n沟增强型沟增强型2022-6-84.1 MOSFET ID随随VDS的变化的变化(1)线性区线性区oVDS VDS (sat), VDS对对Vox的抵消作用可忽略的抵消作用可忽略 反型层和耗尽层近似均匀反型层和耗尽层近似均匀沟道等效电阻不变沟道等效电阻不变
9、 ID VDS(线性区)(线性区)2022-6-84.1 MOSFET ID随随VDS的变化的变化(2)过渡区过渡区o脱离线性区后,脱离线性区后,VDS , VDS对对Vox的抵消作用不可忽略的抵消作用不可忽略沟道厚度不等沟道厚度不等沟道等效电阻增加沟道等效电阻增加 ID随随VDS的增长率减小(过渡区)的增长率减小(过渡区)2022-6-84.1 MOSFET ID随随VDS的变化的变化(3)DSGSGDVVV饱和点饱和点o饱和点:饱和点:o沟道夹断点沟道夹断点X: 反型层电荷密度刚好反型层电荷密度刚好0VGX=VT, VGS-VXS=VT VXS=VGS-VT=VDS(sat) TGSsat
10、DSsatDDsatDSDSVVVIIVV)()()(,0器件预夹断,漏端沟道刚好消失漏端反型层电荷密度,漏端处于临界强反型点TV2022-6-84.1 MOSFET ID随随VDS的变化的变化(4)饱和区饱和区o原沟道区:原沟道区:导电沟道区导电沟道区和和夹断区夹断区。电流被夹断了吗?。电流被夹断了吗?u导电沟道区可导电,又有电势差,所以有电流,根据导电沟道区可导电,又有电势差,所以有电流,根据电流连续性电流连续性原原理,整个器件的电流仍存在,理,整个器件的电流仍存在,大小大小由导电沟道区由导电沟道区 决定决定u漂移到夹断点的电子在夹断区大电场的作用下被扫向漏极,形成漂移到夹断点的电子在夹断
11、区大电场的作用下被扫向漏极,形成IDo长沟长沟MOSFET,L变化可略,导电区形状和该区上压降变化可略,导电区形状和该区上压降不变不变,ID保持保持刚夹断时的刚夹断时的IDS(sat)不变,即饱和区内不变,即饱和区内ID不随不随VDS的增加而增加的增加而增加o击穿区:击穿区: VDS再再继续继续 漏极和衬底之间漏极和衬底之间PN结反偏电压过结反偏电压过大大 导致导致pn结结耗尽层内发生耗尽层内发生雪崩雪崩击穿击穿,ID急剧增大急剧增大,进入进入击穿击穿区,区, 此时此时电压为电压为BVDSp输出特性输出特性曲线:曲线:VGSVT的某常数时,的某常数时,ID随随VDS的变化曲线的变化曲线4.1
展开阅读全文