MOSFET基础(1)(MOS结构-CV特性)课件.ppt
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- MOSFET 基础 MOS 结构 CV 特性 课件
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1、1第十一章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础n11.1双端结构n11.2电容电压特性n11.3基本工作原理n11.4频率限制特性n11.5技术n11.6小结311.1 双端MOS结构n11.1.1 能带图n11.1.2 耗尽层厚度n11.1.3 功函数差n11.1.4 平带电压n11.1.5 阈值电压n11.1.6 电荷分布411.1 MOS电容 MOS电容结构氧化层厚度氧化层介电常数Al或高掺杂的多晶Sin型Si或p型SiSiO25实际的铝线-氧化层-半导体(M:约10000A O:250A S:约0.51mm)611.1 MOS电容 表面能带图:p型衬底(1)负栅压情形负栅压情形导带底
2、能级禁带中心能级费米能级价带顶能级FSvFSvEEEE711.1 MOS电容 表面能带图:p型衬底(2)小的正栅压情形小的正栅压情形大的正栅压情形大的正栅压情形(耗尽层)(反型层+耗尽层)dTXFSvFSFiEEEEFSvFSFiEEEE811.1 MOS电容 表面能带图:n型衬底(1)正栅压情形正栅压情形FScFSCEEEE911.1 MOS电容 表面能带图:n型衬底(2)小的负栅压情形小的负栅压情形大的负栅压情形大的负栅压情形(耗尽层)n型(反型层+耗尽层)n型FScFSFiEEEEFScFSFiEEEE10小节内容n11.1.1 能带图n随便画能带图,要知道其半导体类型n加什么电压往那里
3、弯曲1111.1 MOS电容 空间电荷区厚度:表面耗尽情形费米势费米势表面势表面势表面空间电表面空间电荷区厚度荷区厚度s半导体表面电势与体内电势之差半导体体内费米能级与禁带中心能级之差的电势表示采用单边突变结的耗尽层近似P型衬底型衬底1211.1 MOS电容 空间电荷区厚度:表面反型情形阈值反型点阈值反型点条件:表面处的电子浓度条件:表面处的电子浓度=体内的空穴浓度体内的空穴浓度表面空间电荷表面空间电荷区厚度区厚度P型衬底型衬底表面电子浓度:表面电子浓度:exp()FFiiEEnnkTexp()sfpieenkT体内空穴浓度:体内空穴浓度:exp()FiFiEEpnkTexp()fpienkT
4、2sfp栅电压栅电压=阈值电压阈值电压表面空间电荷区表面空间电荷区厚度达到最大值厚度达到最大值1311.1 MOS电容 空间电荷区厚度:n型衬底情形阈值反型点阈值反型点条件:条件:表面势表面势=费米势的费米势的2倍,表面处的空穴浓度倍,表面处的空穴浓度=体内的电子浓度,栅电压体内的电子浓度,栅电压=阈值电压阈值电压表面空间电荷表面空间电荷区厚度区厚度表面势表面势n型衬底型衬底1411.1 MOS电容 空间电荷区厚度:与掺杂浓度的关系实际器件参数区间15小节内容n11.1.2 耗尽层厚度n耗尽情况n反型情况n会算其厚度n了解阈值反型点条件n常用器件掺杂范围1611.1 MOS电容 功函数差:MO
5、S接触前的能带图金属的功函数金属的费米能级二氧化硅的禁带宽度二氧化硅的电子亲和能硅的电子亲和能02gsFsfpEWEEee)2(fpgmsmmseEeWW(电势表示)差金属与半导体的功函数0mFmmWEEe金属的功函数半导体的功函数绝缘体不允许电荷在金属和半导体之间进行交换,1711.1 MOS电容 功函数差:MOS结构的能带图条件:零栅压,条件:零栅压, 热平衡热平衡零栅压下氧化物二侧的电势差修正的金属功函数零栅压下半导体的表面势修正的硅的电子亲和能二氧化硅的电子亲和能1811.1 MOS电容 功函数差:计算公式00 ()2()gmsmfpoxSEeV V83. 0)cm10,K300(V2
6、28. 0:SiSiOAleV11. 1:SiV25. 3:SiOSiV20. 3:SiOAlms314222afpgmNTE00bioxSVV 内建电势差:ms功函数差1911.1 MOS电容 功函数差:n掺杂多晶硅栅(P-Si)0MOSFET为增强型VG=0时未反型,加有正栅压时才反型VTN0MOSFET为耗尽型VG=0时已反型,加有负栅压后才能脱离反型P型衬底MOS结构2911.1 MOS电容 阈值电压:n型衬底情形02|2|maxmaxfnFBoxSDfnmsoxssoxSDTPVCQCQCQV30)2(fpgmmseEoxssmsFBCQV/费米势费米势表面耗尽层最大厚度表面耗尽层最
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