白底9第9章MOS场效应晶体管.ppt
第九章第九章MOS场效应晶体管9-1，MOS 管基本原理9-2，MOS 管的电学参数1阈值电压9-3，电流方程9-4，其他电学参数前言，1第九章第九章Mos场效应场效应晶体管原理原理参考书：双极型与MOS半导体器件原理黄均鼎 汤庭鳌 编著复旦大学出版社晶体管原理半导体器件电子学（英文版）美国，,电子工业出版社前言，29-1MOS晶体管工作原理 9-1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理9-1-2 MOS晶体管的阈值电压分析9-1-3 MOS晶体管的电流方程9-1-4 MOS晶体管的瞬态特性2000-9-2039-1，MOS晶体管工作原理 1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理1-2 MOS晶体管的阈值电压分析1-3 MOS晶体管的电流方程1-4 MOS晶体管的瞬态特性补充：1-5MOS晶体管的其它电学参数12000-9-2049-1-1MOS晶体管的基本结构MOS晶体管-MOSFET,金属-氧化物-半导体场效应晶体管基本结构：源区，漏区，沟道区,图1-1-2，图1-1-1,主要结构参数：沟道长度（1-1-2,栅极图形沟道长度poly,实际沟道长度S-D）沟道宽度W(1-1-3,W=W1+W2+W3)栅氧化层厚度tox源漏区结深Xj（见图1-1-1）2000-9-2059-1-2 MOS管基本工作原理 工作原理-栅压控制器件 (1-1-4能带图)Vgs=0，截止0 Vgs V t （图1-3-3）开启 情况情况1：Vds=0 情况情况2：Vds0 转移特性曲线（图1-1-5，漏级电流，栅压，漏压，阈值电压）输出特性曲线-I-V曲线（图1-1-6，截止区，线性区，饱和区，击穿区）问题：为什么MOS晶体管也叫单极晶体管？2000-9-2069-1-3 MOS晶体管的分类 按导电类型：NMOS管：N沟道 MOS晶体管PMOS管：P沟道 MOS晶体管按工作机制分：增强型器件：（也叫常截止器件）耗尽型器件：（也叫常导通器件）图1-1-92000-9-2079-1-4 MOS晶体管的结构特点 结构简单面积小-便于集成输入阻抗很高-级间可以直接耦合源漏对称-电路设计灵活有效工作区集中在表面，和衬底隔离 2000-9-2089-2 MOS管的阈值电压分析 阈值电压定义：使沟道区源端半导体表面达到强反型所需要的栅压。阈值电压V t：决定MOS管状态的关键。Vgs V t：导通态。2000-9-2099-2-1 影响阈值电压的因素 定义：V t=Vgs|表面强反型时表面强反型时表达式：V t=V FB+2F-QBm/Cox 电压降在平带电压，强反型电压，栅氧化层 计算：将公式1-1-3到1-2-8代入上式2000-9-20102000-9-20119-2-1影响V t的基本因素1，材料：金属类型MS，氧化层中的电荷QOX半导体沟道区掺杂浓度NA半导体材料参数 ni;i i 2，氧化层厚度：越厚则阈值电压越大衬底参杂高，则阈值电压越大3，温度：温度上升，阈值电压下降4，和器件的横向尺寸无关调整考虑：降低。以便降低芯片耗电。控制器件类型平衡对偶器管子（CMOS）2000-9-20129-2-2 体效应对阈值电压的影响Vbs不是0时，产生体效应。例：对nmos管Vbs=VDSAT2000-9-2020简单方程2000-9-2021夹断现象2000-9-20229-3-3 饱和区沟道长度调制效应现象：图1-3-9，实际IV特性饱和区电流不饱和原因：图1-3-8对电流方程的修正：在下式中2000-9-2023沟道长度调制效应2000-9-20249-4 MOS晶体管的瞬态特性9-4-1 MOS晶体管的本征电容定义：由沟道区内的耗尽层电荷和反型层电荷随外电压变化引起的电容。9-4-2 MOS晶体管的寄生电容源漏区PN结电容：CjSB、CjDB，图1-4-6覆盖电容：CGS、CGD,图1-4-9,CGB,图1-4-9,9-4-3 MOS晶体管瞬态分析的等效电路*大信号瞬态模型：图1-4-10简化模型：图1-4-119-4-4 MOS晶体管的本征频率*本征频率fM,是晶体管的最高工作频率结论：频率和沟道长度的平方成反比：L下降，速度提高。2000-9-20259-4-本征电容，源漏区结电容2000-9-20269-4-覆盖电容2000-9-20279-4-大信号瞬态模型，简化模型2000-9-20289-5MOS晶体管的其它电学参数1阈值电压VT漏极电流ID工作速度跨导沟道电阻其它2000-9-20299-5MOS晶体管的其它电学参数2工作速度切换时间：电子从源到漏的所需要的时间公式：=L=L2 2/(*V/(*VDSDS)跨导Gm=(dIDS/dVGS)|VDS不变不变 图图1-1-5沟道电导Gd=(dIDS/dVDS)|VGS不变不变 图图1-1-62000-9-20309-5MOS晶体管的其它电学参数2导电因子、增益因子导电因子、增益因子n导电因子导电因子K因子、本征导电因子因子、本征导电因子Kn结论：结论：导电因子由导电因子由工艺参数工艺参数 K和设计参数和设计参数 W/L决定。决定。2000-9-2031第九章小结MOS晶体管的结构特点和基本原理MOS晶体管的阈值电压和影响因素MOS晶体管的简单电流方程和输出曲线MOS晶体管的电学参数2000-9-2032第九章讨论由简单电流方程求出饱和区沟道电阻和跨导。描述你的理想MOS晶体管模型就实际晶体管的输出曲线，试述饱和区电流不饱和的原因2000-9-2033
