| 半导体器件 | |
目录： 第一节--半导体基础 第二节--二极管 第三节--晶体管 第四节--MOS电容 第五节--MOS管 第六节--纳米器件 第七节--结型场效应管 返回页： 总结页 |
MOSFET1、理想MOSFET的基本原理及特性（1）MOSFET是由一个MOS电容和两个相邻的PN结组成的结构。 MOSFET的基本原理：利用栅压控制反型层是否存在，从而决定PN结是否存在，这决定了沟道是否导通。 （2）重要的物理量：栅压，漏压，漏电流。具体的关系是：栅压较小时，沟道截止，漏电流锁死为0；栅压大于阈值电压时，沟道导通，漏压较小时，漏流与其成正比。漏压达到一定的程度时，沟道夹断，漏流饱和。 耗尽型和增强型：无栅压时沟道导通的是耗尽型的，截止的是增强型的。标准说法是是否存在导电沟道。 （3）I-V特性的推导 推导的模型介绍一下，衬底是均匀的（主要是方便计算载流子的浓度），氧化层等效为薄层电荷（简化边界条件），强反型近似关系成立（主要忽略栅压对除载流子数目的影响之外的其他作用），反型层无限薄（载流子迁移率不变），缓变沟道近似（忽略垂直电场对水平电场的影响） 具体的过程由公式部分连续展示。 （4）跨导和漏导 其实就是应用了电路中电导的定义。跨导就是漏流与栅压的比值，漏导就是漏流与漏压的比值。 （说明，栅压应该是栅极到衬底的电压，漏压是漏极到源极的电压，这表明MOSFET是四端口器件） 2、MOSFET的非理想效应1）沟道调制效应 沟道的长度在漏压达到饱和时会逐渐变小，在器件尺寸较大时不会改变饱和电流，但是，小尺寸的器件对夹断点敏感，表现为饱和区电流随漏压变化。 2）有效迁移率 在理想MOSFET中就提到过迁移率的近似，在实际的器件中，栅压会改变载流子的运动轨迹，直接导致迁移率的降低，具体的修正就不多说。 3）亚阈区及亚阈电流 由于半导体表面的到达强反型之前就具有反型特性，多子已经形成，沟道已经具有一定的导电能力，漏压与漏流之间已经有对应关系，即漏导不为0. 亚阈电流的推导模型还是基于载流子的浓度的模型的推导。基于载流子的输运方程得到的。 亚阈电流与表面势（即栅压）成指数关系，但在漏压较大时就与漏压无关了。 亚阈摆幅：亚阈电流减小到原来的0.1时所需的栅压变化量。栅压变化越小，控制亚阈电流越好，性能越好。 3、阈值电压的调整阈值电压对于MOSFET来说就是基准，调整阈值电压是扩大MOSFET的应用范围的重要方法。 （1）多晶硅栅 多晶硅栅的电子亲和势为4.01eV，Al的功函数为4.1eV，对于Al栅来说，N型为耗尽或反型，P为积累，但是Al无法高温退火。现在多采用高K加金属的结构。 （2）衬底掺杂浓度 一方面改变耗尽区中高的电荷总量，一方面改变费米势，从而达到控制阈值电压的目的。 （3）氧化层的厚度 氧化层的厚度直接改变氧化层的电容，氧化层的电容决定了栅压对表面电荷的影响，控制越强，阈值电压越大。 （4）体效应 衬底电压可以抬高电势，增大阈值电压（感觉有点自欺欺人的感觉） 4、频率特性（1）小信号等效电路 这部分在模拟集成电路中有比较具体的介绍，这里不做过多的介绍。 （2）实际的漏导和跨导 直接由实际的模型推导。 （3）频率特性的限制因素以及米勒电容 频率特性主要使用电路等效模型分析。 米勒电容：栅漏电容经倍乘后成为输入阻抗的一部分，降低栅漏电容对提高器件的频率响应。 （4）特征频率 输出与输入的电流之比下降。 5、短沟道效应（1）阈值电压的短沟、窄沟效应 短沟效应：沟道长度太小，三角边缘不可忽略，具体的推导过程也是基于三角模型。 窄沟效应：沟道宽度较小，圆角效应不可忽略，纵向工程。 （2）漏感应势垒降低效应 该效应反应在较高的漏压作用下，源端载流子势垒降低导致漏流指数增加效应。 DIBL效应会降低阈值电压。 （3）穿通效应 沟道长度还会导致源衬，漏衬空间电荷区穿通，形成另外一条道路。 （4）速度饱和及其漏电流饱和电压 由于电子迁移率的受表面电场的影响较大，不再是常数，沟道中载流子速度与电场不是线性关系。电场比较强时，载流子将达到饱和。 （5）高场效应 雪崩击穿：热载流子在源极不断地激发电子空穴对，使漏流急剧增加。 衬底电流：雪崩电离的一种载流子成为衬底电流。 氧化层充电导致阈值电压漂移：热电子进入氧化层改变平带电压，降低阈值电压，降低器件稳定性。 寄生晶体管效应： 衬底电流在经过衬底时拉高了衬底的电势，使源衬由反向变成正向，并且衬底电流可以在高场的作用下流向漏极，类似于BJT。 6、CMOS技术简介使用P型和N型两种晶体管构建的器件。 闩锁效应：CMOS在出于大电流低电压的转台后会被锁死，不能自主脱离。 |