器件物理学习教案

器件器件(qjin)物理物理第一页，共158页。6.1 6.1 理想理想(lxing)MOS(lxing)MOS结构的表面空结构的表面空间电荷区间电荷区第1页/共157页第二页，共158页。6.1 6.1 理想理想(lxing)MOS(lxing)MOS结构的表面空结构的表面空间电荷区间电荷区 教学要求教学要求1.了解理想了解理想MOS结构基本假设及其意义。结构基本假设及其意义。2.根据电磁场边界条件导出空间电荷与电场的关系根据电磁场边界条件导出空间电荷与电场的关系3.掌握载流子掌握载流子(liz)积累、耗尽和反型和强反型的概念。积累、耗尽和反型和强反型的概念。4.正确画出流子正确画出流子(liz)积累、耗尽和反型和强反型四种情况的能带图。积累、耗尽和反型和强反型四种情况的能带图。5.导出反型和强反型条件导出反型和强反型条件（6-1-1）SSSMEkEQQ00第2页/共157页第三页，共158页。第3页/共157页第四页，共158页。图6.1 金属(jnsh)-氧化物-半导体电容第4页/共157页第五页，共158页。确定表面势s和费米势F与MOS偏置状态的关系取Ei（体内(t ni)）为零电势能点，则任一x处电子的电势能为Ei(x)-Ei(体内(t ni)）=-q (x)FiFiisiiEEqEEqxEEqx体内）表面）体内）体内）（(1(1)(1)任一点(y din)电势表面(biomin)势费米势6.1 理想理想MOS结构的表面空间电荷结构的表面空间电荷区区 第5页/共157页第六页，共158页。 F的正负和大小与Si衬底的导电类型和掺杂浓度(nngd)有关p型半导体n型半导体0ln0lniDFiAFnNqKTnNqKT6.1 理想理想(lxing)MOS结构的表面空结构的表面空间电荷区间电荷区 第6页/共157页第七页，共158页。1.VG=0 平带金属(jnsh)和半导体表面无电荷，场强为第7页/共157页第八页，共158页。正常情况况下，MOS电电容背面接地，VG定义为义为加在栅栅上的直流偏置。由于在静态静态偏置条条件下没没有电电流流过过器件，所以费费米能级级不受偏置的影响响，且不随随位置变变化。半导导体体内内始终终(shzhng)保持平衡，与与MOS栅栅上加电压与电压与否无关关所加偏置VG引起器件两两端费费米能级级移动动：EFM-EFS=-qVGVG0导导致器件内内部有电势电势差，引起能带弯带弯曲。金属属是等势势体，无能带弯带弯曲。绝缘绝缘体中的电场为匀电场为匀强电场电场，电势电势和电势电势能是位置x的线线性函数数， VG 0，绝缘绝缘体和半导导体中的能带带向上倾倾斜，反之，向下倾倾斜。在半导导体体内内，能带弯带弯曲消失。6.1 理想理想(lxing)MOS结构的表面空结构的表面空间电荷区间电荷区 第8页/共157页第九页，共158页。2.VG0由于垂直表面向上的电场的作用，由于垂直表面向上的电场的作用，紧靠紧靠(jn ko)硅表面的空穴的浓度硅表面的空穴的浓度大于体内热平衡多数载流子浓度时，大于体内热平衡多数载流子浓度时，称为载流子积累现象称为载流子积累现象 00 ( )dxsQqp xp dx积累(jli)状态下xd非常小第9页/共157页第十页，共158页。电荷(dinh)块图能带图积积 累累s0, (较小负偏置(pin zh)），空穴的浓度在O-S界面附近降低，称为空穴被“耗尽”，留下带负电的受主杂质。第11页/共157页第十二页，共158页。daBSxqNQQ022sdaSkxqN电荷(dinh)块图能带图耗耗 尽尽0s0,若正偏电压越来越大，半导体表面的能带会越来越弯曲，在表面的电子浓度越来越多，当表面的电子浓度ns=ni时，称为(chn wi)弱反型；继续增加电压VG=VT 时，ns=NA,表面形成强反型，称为(chn wi)耗尽-反型的转折点强反型条件强反型条件(tiojin)；fs2反型条件反型条件: 第13页/共157页第十四页，共158页。耗尽耗尽(ho jn)和反型转折点和反型转折点电荷(dinh)块图能带图fs2第14页/共157页第十五页，共158页。反型反型电荷(dinh)块图能带图第15页/共157页第十六页，共158页。n型型MOS电容的不同偏置下的能带图和对应电容的不同偏置下的能带图和对应(duyng)的电荷块图的电荷块图第16页/共157页第十七页，共158页。n型型MOS电容的不同偏置电容的不同偏置(pin zh)下的能带图和对应的电荷块下的能带图和对应的电荷块图图6.1 理想理想MOS结构结构(jigu)的表面空间的表面空间电荷区电荷区 dmaIBISxqNQQQQ第17页/共157页第十八页，共158页。结 论 n型衬底VGACC(积累）DEPL（耗尽）INV（反型）0VT0VTACC(积累）DEPL（耗尽）INV（反型）P型6.1 理想理想(lxing)MOS结构的表面空结构的表面空间电荷区间电荷区 第18页/共157页第十九页，共158页。结 论 n型(F0)2 F平带耗尽-反型过渡点s6.1 理想理想(lxing)MOS结构的表面空结构的表面空间电荷区间电荷区 第19页/共157页第二十页，共158页。例题：两个理想MOS电容的电荷块图分布如下(rxi)图所示，对每 一种情况：完成以下三个问题： （1） 半导体是n型还是p型 （2）器件偏置模式是积累、耗尽还是反型？ （3）画出该电荷块图对应的MOS电容能带 （4）画出该结构的高频C-V特性曲线，并在图中用符号“”标出与该电荷块图相对应的点（3分）6.1 理想理想MOS结构结构(jigu)的表面空间的表面空间电荷区电荷区 第20页/共157页第二十一页，共158页。 MOS电电容的静电静电(jngdin)特性1半导体静电特性的定量描述 目标：建立在静态偏置条件下，理想MOS电容内部的电荷，电场E 和电势(dinsh) 金属： M-O界面电荷分布在金属表面 几范围内 =， E=0 ，=常数 绝缘体： =0， E=Eox ，=Eoxx0 半导体体内：体内E=0处 =06.1 理想理想MOS结构结构(jigu)的表面空的表面空间电荷区间电荷区 第21页/共157页第二十二页，共158页。6.1 理想理想MOS结构结构(jigu)的表面空的表面空间电荷区间电荷区 半导体中积累半导体中积累(jli) = （0） E=0 （x0) =0 (x0)第22页/共157页第二十三页，共158页。6.1 理想理想MOS结构结构(jigu)的表面空间的表面空间电荷区电荷区 半导导体中耗尽层宽尽层宽度(kund)耗尽层中的电荷(dinh)密度泊松方程电 场电势电势x=xd处， E(xd)=0, (xd)=0边界条件边界条件 =qNasaqNdxdE-)-()(xxqNxEdsa2)(2)xxqNxdsA（第23页/共157页第二十四页，共158页。6.1 理想理想MOS结构结构(jigu)的表面空的表面空间电荷区间电荷区 22dsAsxqN耗尽层宽度和表面耗尽层宽度和表面(biomin)势的关系势的关系21)2(AssdqNx表面表面(biomin)势势最大耗尽层宽度最大耗尽层宽度21)4(AFpsdmqNx第24页/共157页第二十五页，共158页。第25页/共157页第二十六页，共158页。6.2 6.2 理想(lxing)MOS(lxing)MOS电电容器 教学要求教学要求 2. 2.了解电荷了解电荷QIQI的产生机制的产生机制 3. 3.了解积累区、耗尽了解积累区、耗尽(ho jn)(ho jn)区、反型区和强反型情况下，区、反型区和强反型情况下，MOSMOS电容的变电容的变 化规律及影响化规律及影响MOSMOS电容的主要因素电容的主要因素 1.导出公式导出公式(gngsh)（62-24）、（）、（6-2-25）。）。第26页/共157页第二十七页，共158页。C-V常规的工艺检测手段。6.2 6.2 理想(lxing)MOS(lxing)MOS电电容器 第27页/共157页第二十八页，共158页。（6-2-1）GMdVdQC MsMMGdQddQdVdQdVC01（6-2-2）第28页/共157页第二十九页，共158页。00dVdQCMSSSMSddQddQC若令若令（6-2-3）（6-2-4）则则 SCCC1110（6-2-5）C0绝缘层单位绝缘层单位(dnwi)面积上的电容，面积上的电容， Cs半导体表面空间电荷区单位半导体表面空间电荷区单位(dnwi)面积电容。面积电容。 第29页/共157页第三十页，共158页。（6-2-6）（6-2-7）SCCCC0011系统的归一化电容称为MOSCC0SSCCCCC00第30页/共157页第三十一页，共158页。0000 xdVdQCM半导体的表面电容Cs是表面势s的函数，因而也是外加(wiji)栅电压VG的函数第31页/共157页第三十二页，共158页。图图6-7 P型半导体型半导体MOS的的C-V特性特性(txng) n型型MOS电容高、低频电容高、低频C-V特性特性第32页/共157页第三十三页，共158页。00)(xCaccCO第33页/共157页第三十四页，共158页。第34页/共157页第三十五页，共158页。00011xLCCsDFB由掺杂由掺杂(chn z)浓度和氧化层厚度确定浓度和氧化层厚度确定 第35页/共157页第三十六页，共158页。耗尽耗尽(ho jn)区（区（ VG0） (以以n衬底为衬底为例）例）平衡，交流信号作用下，耗尽层宽度在直流值附近呈准静态涨落，所以MOS电容看作两个平板电容器的串联。第36页/共157页第三十七页，共158页。00 xCO001)(xxCCCCCdepCSdOoSsodsSxC (氧化(ynghu)层电容)（半导体电容(dinrng)） 00011xxCCCCCCSdoSso耗尽区（耗尽区（ VGVT时，存在平衡的反型层？请给予解释。第65页/共157页第六十六页，共158页。（b）下图中比较了两个相同的栅极面积（AG）的MOS电容的 C-V特性曲线(qxin)。曲线(qxin)b与曲线(qxin)a相比，其氧化层厚度 （选择：更薄，相同，更厚）？ 其掺杂浓度有何不同（选择：更低，相同，更高） 请给予简单解释第66页/共157页第六十七页，共158页。（6-22）（6-29）（6-25）GMdVdQC 00000 xkdVdQCMSSSMSddQddQC第67页/共157页第六十八页，共158页。（6-28）（6-45）（6-46）SCCCC0011200000021SSGdSakkVXCCCqkN 21212020002002121GSaGSaVxkqNkVkqNCCC0CCGV第68页/共157页第六十九页，共158页。第69页/共157页第七十页，共158页。（6-51） dxxnqLZgIxnII0 0IxIIqnx dxQ （6-52）InIQLZg（6-53） xnIIx第70页/共157页第七十一页，共158页。（6-51）（6-54）（6-55）THVSiBIGCQCQV00THGSiBGIVVCCQVCQ000GVSiBTHCQV0SiBQ第71页/共157页第七十二页，共158页。（6-53）（6-54）InIQLZgTHGSiBGIVVCCQVCQ000第72页/共157页第七十三页，共158页。第73页/共157页第七十四页，共158页。第74页/共157页第七十五页，共158页。6.4实际实际MOS的电电容电压电压(diny)特性第75页/共157页第七十六页，共158页。 M= SMOS结构结构(jigu)的平的平衡能带图衡能带图 MSMOS结构结构(jigu)的平衡能的平衡能带图带图6.4实际实际MOS的电电容(dinrng)电压电压特性第76页/共157页第七十七页，共158页。mssmFSFMqqqEE)(由于功函数的不同，铝由于功函数的不同，铝二氧化硅二氧化硅P型硅型硅MOS系统在没有外加偏压的系统在没有外加偏压的时候，在半导体表面就存在时候，在半导体表面就存在(cnzi)表面势表面势 s0。因此，欲使能带平。因此，欲使能带平直，即除去功函数差所带来的影响，就必须在金属电极上加一负电压。直，即除去功函数差所带来的影响，就必须在金属电极上加一负电压。第77页/共157页第七十八页，共158页。msFSFMGqEEV)-1（这个电压这个电压(diny)一部分用来拉平二氧化硅的能带，一部分用来拉平二氧化硅的能带，一部分用来拉平半导体的能带，使一部分用来拉平半导体的能带，使 s0。因此。因此称其为平带电压称其为平带电压(diny)。6.4实际实际(shj)MOS的电电容电压电压特性第78页/共157页第七十九页，共158页。MS0 对器件特性的影响对理想MOS，平带电压为0，对应的高频C-V特性曲线如图中的虚线。对实际器件，需要加栅电压VG= MS,以达到平带状态。由于两种情况在平带条件下的电容相同，实际器件的平带点沿电压轴横向(hn xin)移动了MS 对理想器件C-V特性曲线上的任意一点，在实际器件上需在栅上加电压MS，才能得到相同的电容理想C-V与实际C-V曲线之间的电压飘移了VG VG=(VG-VG1) sameC= MS第79页/共157页第八十页，共158页。功函数(hnsh)差对MOS电容高频特性的影响第80页/共157页第八十一页，共158页。n型衬底型衬底MS MOS结构结构(jigu)的平衡能带图的平衡能带图第81页/共157页第八十二页，共158页。第82页/共157页第八十三页，共158页。 热生长的SiO2-Si结构中电荷中心的特点(tdin)和位置理想MOS假设设在氧氧化层层中或氧氧化层层-半导导体界面没没有电电荷中心。而实际实际器件中，氧氧化层电层电荷则会带来则会带来很大的电压电压漂移和不稳稳定性。通过过广泛研研究，已确定了一些处处于氧氧化层层中或氧氧化层层-半导导体界面的电电荷中心。第83页/共157页第八十四页，共158页。itQ第84页/共157页第八十五页，共158页。第85页/共157页第八十六页，共158页。oxGdxxxCxV0002)(1氧化物电荷对平带电压氧化物电荷对平带电压(diny)的影响的影响绝缘层中的电荷对平带电压的影响与他们所处(su ch)的位置有关6.4 实际实际MOS的电容的电容电压电压(diny)特性特性 第86页/共157页第八十七页，共158页。001 . 00000002201. 01)(10CxdxxxCdxxxxCVionxionxGo009 . 0002219. 0)(10CxdxxxxCVionxxGo6.4 实际实际MOS的电容的电容(dinrng)电压特性电压特性 第87页/共157页第八十八页，共158页。oFxoFoxoxoGoFoCQdxxxQCxdxxxCxVxQx)(1)(1)()(00000026.4 实际实际MOS的电容的电容(dinrng)电电压特性压特性 第88页/共157页第八十九页，共158页。oITGCQV（界面陷阱）26.4 实际实际(shj)MOS的电容的电容电压电压特性特性 第89页/共157页第九十页，共158页。6.4 实际实际MOS的电容的电容(dinrng)电压特性电压特性 图 n型器件，在不同偏置下，界面能级填充情况反型 (b) 耗尽 (c) 积累施主型陷阱，被电子(dinz)占据为中性，空态带正电受主型陷阱，被电子(dinz)占据带负电，空态为电中性 反型QIT最大，积累QIT最小，耗尽QIT界于二者之间第90页/共157页第九十一页，共158页。6.4 实际实际MOS的电容的电容(dinrng)电压特性电压特性 第91页/共157页第九十二页，共158页。6.4 实际实际(shj)MOS的电容的电容电压特性电压特性 结论(jiln)QF，QM、MS导致C-V特性曲线相对理想曲线沿电压轴产生平行的负漂移QIT引起的VG会因所加偏置的不同或正或负，因而使C-V特性曲线产生畸变目前生产商开发了一些减少(jinsho)MOS器件非理想性的工艺技术，可制备出近乎理想的器件oIToFMoFMSGCQCQCQV第92页/共157页第九十三页，共158页。（6-4-1）oIToFMoFMSGGGFBCQCQCQVVVVS210第93页/共157页第九十四页，共158页。FBmsCQCQFCBQFBVTHV220000阈值电压阈值电压第94页/共157页第九十五页，共158页。标准MOSFET，其理想情况下的阈值电压为0.8V。 xo=0.05m, AG=10-3cm2, 非理想特性的相关参数为： MS=-0.89eV, QM=0, QIT=0, 假设T=300K。1.确定平带电压VFB2.确定实际MOSFET反型开始对应的栅电压VTH （4分）3.给定(i dn)的MOSFET是增强型MOSFET还是耗尽型MOSFET （2分210/105cmqQF第95页/共157页第九十六页，共158页。qQxqCQVFOOMSOFMSFBV01. 1)1085. 8)(9 . 3()105)(105)(106 . 189. 01410619（VVT21. 001. 180. 0VG=0时器件(qjin)导通，因此是耗尽型MOSFET6.4 实际实际MOS的电容的电容电压电压(diny)特性特性 第96页/共157页第九十七页，共158页。第97页/共157页第九十八页，共158页。6.5 6.5 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管 6.5.1基本结构基本结构(jigu)和工作过程和工作过程第98页/共157页第九十九页，共158页。6.5 6.5 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管 第99页/共157页第一百页，共158页。6.5 6.5 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管 2.MOSFET器件(qjin)工作机理的定性分析VG=0，VD0，从源到漏是两个背靠背的反偏PN结，只有很小的反偏电流流过。VGVT, MOS处于积累(jli)或耗尽，沟道中只有NA-耗尽层，MOS开路，ID=0VGVT,沟道中电子堆积，反型层导电能力增强，MOS导通。VG越大，反型层电子越多，导电能力越强第100页/共157页第一百零一页，共158页。VGVTH, 沟道(u do)有电子反型层，漏电流为ID6.5 6.5 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管 第102页/共157页第一百零三页，共158页。（1）VD=0，热热平衡ID=0VGVTH的导通情况的导通情况(qngkung)下，下，VD对电流对电流ID的影响的影响（2）VD增加增加(zngji)小的正电小的正电压，沟道类似简单电阻，压，沟道类似简单电阻，ID随随 VD成正比增加成正比增加(zngji)IndDdDQLZgVgI第103页/共157页第一百零四页，共158页。（3）VD大于零点几伏，VD对栅对栅的反型起负负面影响响， 因为为 漏端pn结结反向偏置。VD增加，耗尽层尽层增大，使漏端附近(fjn)反型层电层电子减减少，沟沟道导电导电能力下降， ID随随VD增加的斜率变变小VGVT的导通情况的导通情况(qngkung)下，下，VD对电流对电流ID的影响的影响第104页/共157页第一百零五页，共158页。（4）VD继续继续增加，直到漏端 附近反型层电层电子消失， 称称作沟沟道夹断夹断，对应对应(duyng)于B点，此时时的VD=VDS定义义为夹断电压为夹断电压VGVT的导通情况下，的导通情况下，VD对电流对电流(dinli)ID的影响的影响第105页/共157页第一百零六页，共158页。VGVT的导通情况下，的导通情况下，VD对电流对电流(dinli)ID的影响的影响(5) VDVDS时，沟道夹断部分时，沟道夹断部分(b fen)L增宽，夹断区载流子增宽，夹断区载流子很少，电导率减小，很少，电导率减小，VD超过超过VDS的部分的部分(b fen)主要降落在主要降落在L夹夹断区。断区。对于长沟道对于长沟道MOS, LVDS，ID基本保持基本保持 不变不变; 对于短沟道对于短沟道MOS（ L L），当），当VDVDS，ID随随VD的增加略的增加略 有有增加增加第106页/共157页第一百零七页，共158页。VGSVT的导通情况的导通情况(qngkung)下，下，VDS对电对电流流ID的影响的影响（6）VGVTH, VG越大，反型越大，反型层电子越多，对应夹断的层电子越多，对应夹断的VDS越越 大；大；ID-VD特性曲线起始斜率随特性曲线起始斜率随VG增大而增大。增大而增大。（7）MOS管输出电流受栅电压管输出电流受栅电压控制，控制，VGVTH导通，导通情况下，导通，导通情况下，VDVDS,MOS工作工作(gngzu)在饱和区在饱和区第107页/共157页第一百零八页，共158页。VGVT的导通情况的导通情况(qngkung)下，下，VD对电流对电流ID的影响的影响第108页/共157页第一百零九页，共158页。理想假设设：（1）忽略(hl)源区区和漏区区体电电阻和电极电极接触电触电阻；（2）沟沟道内掺杂内掺杂均匀匀；（3）载载流子在反型层内层内的迁迁移率为为常数数；（4）长沟长沟道近似和缓变沟缓变沟道近似，即Ex为为一常数数（5）沟沟道中的电电流主要是由漂移产产生的6.5.2电电流(dinli)-电压关电压关系：数学数学推导导第109页/共157页第一百一十页，共158页。用来推导用来推导(tudo)ID-VD关系的关系的MOSFET示意图示意图6.5 6.5 MOSMOS场场效应应晶体管 第110页/共157页第一百一十一页，共158页。6.5 6.5 MOSMOS场场效应应晶体管 VGVT，0VDVDs情况况下，ID-VD特性曲线线的平方律理论论(lln)推导导dyydVnqnEqJnyn)(-平方律理论假设(jish)栅上电荷的变化仅由反型电荷QI变化来平衡，即耗尽层宽度不变.在MOSFET沟道中，漂移占主导作用第111页/共157页第一百一十二页，共158页。6.5 6.5 MOSMOS场场效应应晶体管 dyydVQZdxdzEyxnqdxdzJIInynD)(),(单位面积的反型层电荷IQ第112页/共157页第一百一十三页，共158页。（6-70）式称为萨支唐（）式称为萨支唐（C.T.Sah）方程。方程。 yVVVCQTHGI0dVVVVCZdyITHGnD0MOSFET的半导体的电势从S端的(dund)0升到D端的(dund)VD，平板电容器在源端的(dund)电势差VG-VTH-0，漏端VG-VTH-VD，中间任一点为VG-VTH-V(y）第113页/共157页第一百一十四页，共158页。2)(2)()0(0DDTHGonDLVVThGonLDVVVVLCZIdVVVVCZdyI6.5 6.5 MOSMOS场场效应应晶体管 DTHGOnVVVLC)(ZI,VDD很小时当第114页/共157页第一百一十五页，共158页。6.5 6.5 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管 饱和饱和(boh)区区 假设在假设在L点发生夹断，点发生夹断， 00yVVVCQTHGITHGDSVVV202THGnDSatVVLZCI方法(fngf)二：0DDVITHGDSVVV202THGnDSatVVLZCI第115页/共157页第一百一十六页，共158页。总结(zngji)MOSFET的平方律理论(lln) NMOS：VTH0 VGVTH MOSFET截止，ID=0 VDVTH MOSFET导通 VDVDsPMOS :VTHVTH, MOSFET截止(jizh) VGVTH, MOSFET 导通2)(2DDTHGonDVVVVLCZI202THGnDSatVVLZCITHGDSVVV第116页/共157页第一百一十七页，共158页。例题(lt) N沟MOSFET的特性由下列参数表征。（1）栅电压VG是多少(dusho)？（2）若VG=2V，VD=2V，求：ID=？gd=? gm=? （3）若VG=3V，VD=1V，求：ID=？gd=? gm=? （4）对（2）和（3）给定的条件，分别画出通 过沟道的反型层电荷和耗尽区时，VVVVTHDS8 . 04AIDS41026.5 6.5 MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管 第117页/共157页第一百一十八页，共158页。第118页/共157页第一百一十九页，共158页。第119页/共157页第一百二十页，共158页。6.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l (pn l xin yn) xin yn) 教学要求教学要求1.线性导纳、导通电阻线性导纳、导通电阻(dinz)、线性区跨导、饱和区跨导、饱和区的漏、线性区跨导、饱和区跨导、饱和区的漏极电阻极电阻(dinz)，栅极电容栅极电容2.导出公式（导出公式（6-6-2）、（）、（6-6-5）、（）、（6-6-6）3.画出交流等效电路图画出交流等效电路图6-204.计算了截止频率，指出提高工作频率或工作速度的途径计算了截止频率，指出提高工作频率或工作速度的途径作业：作业：6.11、6.120f第120页/共157页第一百二十一页，共158页。不变不变GSDSVDSDdVGSDmVIgVIg6.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l xin (pn l xin yn) yn) 第121页/共157页第一百二十二页，共158页。夹断(ji dun)前2)(2DDTHGonDVVVVLCZIDonmDThGondVLCZgVVVLCZg)(6.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l (pn l xin yn) xin yn) 第122页/共157页第一百二十三页，共158页。线性区的电阻线性区的电阻(dinz)，称为开态电阻，称为开态电阻(dinz)，或导通电阻，或导通电阻(dinz)，可用下式表示可用下式表示 THGndonVVZCLgR01THGnDTHGndVVLZCVVVLZCg006.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l xin (pn l xin yn) yn) 第123页/共157页第一百二十四页，共158页。夹断(ji dun)后)(0ThGonmdVVLCZgg2)(2ThGonDSVVLCZI第124页/共157页第一百二十五页，共158页。图图6-19 MOSFET中沟道导纳与的对应中沟道导纳与的对应(duyng)关系关系 第125页/共157页第一百二十六页，共158页。常数GVDSatDSatatddsIVsrrGCZLCCG0第126页/共157页第一百二十七页，共158页。6.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l (pn l xin yn) xin yn) 第127页/共157页第一百二十八页，共158页。输出输出(shch)短路时短路时2max221222)(LVCgfgfCiigifCjfCjCCjiDnomgmgOoutingmoutgOgsggdgsin减小沟道长度可以(ky)提高工作频率6.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l (pn l xin yn) xin yn) 第128页/共157页第一百二十九页，共158页。（6-76）THGnDTHGndVVLZCVVVLZCg00THGndonVVZCLgR01（6-77）DnmVLZCg0（6-79）第129页/共157页第一百三十页，共158页。（6-79）（6-80）（6-81）THGnmVVLZCg0常数GVDSatDSatatddsIVsrrGCGC0C第130页/共157页第一百三十一页，共158页。（6-82）)( ,2220DSatDDnGmVVLVCgf0f第131页/共157页第一百三十二页，共158页。210/105cmqQF 制备出一个标准MOSFET，相关(xinggun)参数为： MS=-0.89eV, QM=0, QIT=0, xo=0.05m, AG=10-3cm2, NA=1015/cm3, 假设T=300K。确定(qudng)平带电压VFB。确定(qudng)反型开始对应的栅电压VTh给定的MOSFET是增强型MOSFET还是耗尽型MOSFET图1图26.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l xin (pn l xin yn) yn) 第132页/共157页第一百三十三页，共158页。第133页/共157页第一百三十四页，共158页。qQKxqCQVFOOOMSOFMSFBV01. 1)1085. 8)(9 . 3()105)(105)(106 . 189. 01410619（1） FBTVVVTFOSAOOSFTKqNxKKV42VInnNInqkTiAF298. 010100259. 01015VVT80. 0)1085. 8)(8 .11()298. 0)(10)(106 . 1)(4(9 . 3)105)(8 .11(298. 02211415196VVT21. 001. 180. 0 第134页/共157页第一百三十五页，共158页。GVTVVVVVVDTG13，(3) 由于(yuy)，MOSFET开始(kish)导通，在 VG=0时器件导通，因此是耗尽(ho jn)型MOSFET（4） 可见MOSFET沟道被夹断，相应于饱和开始的点为点D。（5） 如果 MOSFET工作夹在夹断前的情况，由平方定律公式，有 第135页/共157页第一百三十六页，共158页。2442/105 . 03105 . 22)(VAVVVVILCZDDTGDon 当VG-VT=3V，VD=4V，器件进入(jnr)饱和，有 AVVLCZIITGonDsatD4242105 . 42310)(2第136页/共157页第一百三十七页，共158页。6.6 6.6 等效电路和频率响应等效电路和频率响应(pn l (pn l xin yn) xin yn) 作业题17-3室温下理想P沟MOSFET（1）VD=0，器件开启时的能带图（2） VD=0，器件开启时的电荷(dinh)块图（3）画出器件夹断时MOSFET中的反型层和耗尽层第137页/共157页第一百三十八页，共158页。第138页/共157页第一百三十九页，共158页。N沟沟MOSFET： P沟增强型：沟增强型：VG=0，器件没有导通，器件没有导通 P沟耗尽沟耗尽(ho jn)型：型：VG=0，器件已经导通，器件已经导通 第139页/共157页第一百四十页，共158页。第140页/共157页第一百四十一页，共158页。第141页/共157页第一百四十二页，共158页。第142页/共157页第一百四十三页，共158页。值电流值电流第143页/共157页第一百四十四页，共158页。理想和实验理想和实验(shyn) 函数关系的比较函数关系的比较 GSDVI第144页/共157页第一百四十五页，共158页。 s2 fp时，在半导体时，在半导体表面表面EF更靠近更靠近EC，表面，表面处于处于(chy)弱弱n型，沟型，沟道中存在少量电子，使道中存在少量电子，使沟道导通。沟道导通。 fp s2 fp第145页/共157页第一百四十六页，共158页。2)(2DDTHGonDVVVVLCZI2)(2)(THGonDSVVLCZsatI夹断夹断(ji dun)前前夹断夹断(ji dun)后后漏端电流反比于沟道长度漏端电流反比于沟道长度(chngd)，考虑沟道调制效应，考虑沟道调制效应DDILLLI)(为理想漏端电流为实际漏端电流，DIDI第146页/共157页第一百四十七页，共158页。?12)(?22)(?02)(?2)(?)(/800,/10,05. 0,5,50max23150fVVVVfgVVVVegVVVVcIVVbVasVcmcmNmxmLmZDGmDGdDGDSGTHnA时，并且时，并且时，并且时，求：第147页/共157页第一百四十八页，共158页。第148页/共157页第一百四十九页，共158页。第149页/共157页第一百五十页，共158页。VG-VTVD第150页/共157页第一百五十一页，共158页。时当令VVVVVVVVVgLCZDTHGGdn2 ,1 ,0,1),50(0第151页/共157页第一百五十二页，共158页。时当令VVVVVVVVgLCZTHGDDdn2 ,1 ,0),50(0第152页/共157页第一百五十三页，共158页。时当令VVVVVVVVgLCZTHGDDmn2 ,1 ,0),50(0第153页/共157页第一百五十四页，共158页。时当令VVVVVVVgLCZDGDmn6 ,4 ,2),100(024VGVD=2VVD=4VVD=6V第154页/共157页第一百五十五页，共158页。 下图给出了理想MOSFET的ID-VD特性图，所给特性中IDS=10-3A, VDS=5V，请用平方律理论及图中所给信息(xnx)回答下列问题：（1）若阈值电压VTH=1V, 为了得到图中的特性曲线，需要在栅 极施加多大的电压？（2）若x0=0.1m, MOSFET偏置在图中点2处，求其沟道区靠近漏 端单位面积（每平方厘米）上的反型层电荷?（3）假设栅极电压被调整到VG-VTH=3V，求VD=4V时的ID?（4) 若图中点3为该MOSFET的静态工作点，请求出沟道电导 (5)若图中点3为该MOSFET的静态工作点，请求出跨导gm?第155页/共157页第一百五十六页，共158页。第156页/共157页第一百五十七页，共158页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第157页/共157页第一百五十八页，共158页。