場(chǎng)效應(yīng)器件物理1-1MOS結(jié)構(gòu)

1、2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY半導(dǎo)體物理與器件半導(dǎo)體物理與器件西安電子科技大學(xué)西安電子科技大學(xué) XIDIDIAN UNIVERSITY 張麗張麗11.11.金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)11.111.1雙端雙端MOS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容n1.1.1 能帶圖能帶圖n1.1.2 耗盡層厚度耗盡層厚度n1.1.3 功函數(shù)差功函數(shù)差n1.1.4 平帶電壓平帶電壓n1.1.5 閾值電壓閾值電壓n1.1.6 電荷分布電荷分布2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY

2、 1.1 MOS電容電容 MOSMOS電容結(jié)構(gòu)電容結(jié)構(gòu)氧化層厚度氧化層厚度氧化層介電常數(shù)氧化層介電常數(shù)Al或高摻雜的或高摻雜的多晶多晶Sin型型Si或或p型型SiSiO2MOS結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)具有Q隨隨V變化的電容效應(yīng)，形成變化的電容效應(yīng)，形成MOS電容電容dox2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 實(shí)際的鋁線(xiàn)實(shí)際的鋁線(xiàn)- -氧化層氧化層- -半導(dǎo)體半導(dǎo)體n（M:約約10000A O:250A S:約約0.51mm）2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 理想理想MOS MOS 電容結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電容結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2022-7-1XID

3、IAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面能帶圖表面能帶圖:p:p型襯底型襯底(1)(1)負(fù)柵壓情形負(fù)柵壓情形導(dǎo)帶底能級(jí)導(dǎo)帶底能級(jí)禁帶中心能級(jí)禁帶中心能級(jí)費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)價(jià)帶頂能級(jí)價(jià)帶頂能級(jí)VFSEE負(fù)柵壓：負(fù)柵壓： 多子的積累，多子的積累， 體內(nèi)多子順電場(chǎng)方向被吸引到體內(nèi)多子順電場(chǎng)方向被吸引到S表面，表面，能帶變化：空穴在表面堆積，能帶上彎能帶變化：空穴在表面堆積，能帶上彎2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面能帶圖表面能帶圖:p:p型襯底型襯底(1)(1)零柵壓情形零柵壓情形理想理想MOS電容：電容： 絕緣層是理想的，不存在任何電荷

4、；絕緣層是理想的，不存在任何電荷； Si和和SiO2界面處不存在界面陷阱電荷；界面處不存在界面陷阱電荷； 金半功函數(shù)差為金半功函數(shù)差為0。 系統(tǒng)熱平衡態(tài)，能帶平，表面凈電荷為系統(tǒng)熱平衡態(tài)，能帶平，表面凈電荷為02022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面能帶圖表面能帶圖:p:p型襯底型襯底(2)(2)小的正柵壓情形小的正柵壓情形(耗盡層耗盡層)FiFSEE小的正柵壓：多子耗盡，小的正柵壓：多子耗盡，表面留下帶負(fù)電的受主離子，不可動(dòng)，且由半導(dǎo)體濃度的限制，表面留下帶負(fù)電的受主離子，不可動(dòng)，且由半導(dǎo)體濃度的限制，形成負(fù)的空間電荷區(qū)。形成負(fù)的空間電荷區(qū)。能帶變化：

5、能帶變化： P襯表面正空穴耗盡，濃度下降，能帶下彎，襯表面正空穴耗盡，濃度下降，能帶下彎，注意：正柵壓注意：正柵壓，增大的電場(chǎng)使更多的多子耗盡，增大的電場(chǎng)使更多的多子耗盡， xd，能帶下彎增加，能帶下彎增加 xd：空間電荷區(qū)（耗盡層、勢(shì)壘區(qū)）的寬度。：空間電荷區(qū)（耗盡層、勢(shì)壘區(qū)）的寬度。2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面能帶圖表面能帶圖:p:p型襯底型襯底(2)(2)大的正柵壓情形大的正柵壓情形(反型層反型層+耗盡層耗盡層)dTXFiFSEE大的正柵壓：大的正柵壓：能帶下彎程度能帶下彎程度，表面，表面 EFi 到到 EF下，表面具下，表面具n型。型

6、。 P襯表面襯表面Na-面電荷密度面電荷密度，同時(shí)，同時(shí)P襯體內(nèi)的電子被吸引到表面，襯體內(nèi)的電子被吸引到表面，表面出現(xiàn)電子積累，反型層形成。表面出現(xiàn)電子積累，反型層形成。注意：柵壓注意：柵壓反型層電荷數(shù)增加，反型層電導(dǎo)受柵壓調(diào)制。反型層電荷數(shù)增加，反型層電導(dǎo)受柵壓調(diào)制。 閾值反型后，閾值反型后， xd最大值最大值XdT不再擴(kuò)展。不再擴(kuò)展。2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面能帶圖表面能帶圖:n:n型襯底型襯底(1)(1)正柵壓情形正柵壓情形CFSEE零柵壓情形零柵壓情形2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面能

7、帶圖表面能帶圖:n:n型襯底型襯底(2)(2)小的負(fù)柵壓情形小的負(fù)柵壓情形大的負(fù)柵壓情形大的負(fù)柵壓情形FiFSEEFiFSEE(耗盡層)n型(反型層+耗盡層)n型2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.1 能帶圖能帶圖 需掌握內(nèi)容需掌握內(nèi)容nN型和型和P型半導(dǎo)體表面狀態(tài)隨外加?xùn)艍旱奈锢碜冃桶雽?dǎo)體表面狀態(tài)隨外加?xùn)艍旱奈锢碜兓^(guò)程化過(guò)程n會(huì)畫(huà)相應(yīng)各狀態(tài)能帶圖會(huì)畫(huà)相應(yīng)各狀態(tài)能帶圖2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.2 耗盡層厚度耗盡層厚度 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容n耗盡層厚度公式耗盡層厚度公式n耗盡層厚度在不同半導(dǎo)體表面狀態(tài)的特點(diǎn)和原因耗盡層厚度在不同半導(dǎo)體表面狀

8、態(tài)的特點(diǎn)和原因n半導(dǎo)體表面狀態(tài)和表面勢(shì)的關(guān)系半導(dǎo)體表面狀態(tài)和表面勢(shì)的關(guān)系n閾值反型點(diǎn)和閾值電壓閾值反型點(diǎn)和閾值電壓n空間電荷層電荷與表面勢(shì)的關(guān)系空間電荷層電荷與表面勢(shì)的關(guān)系2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 空間電荷區(qū)厚度空間電荷區(qū)厚度: :表面耗盡情形表面耗盡情形費(fèi)米勢(shì)費(fèi)米勢(shì)表面勢(shì)表面勢(shì)表面空間電荷表面空間電荷區(qū)厚度區(qū)厚度s半導(dǎo)體表面電勢(shì)與半導(dǎo)體表面電勢(shì)與體內(nèi)電勢(shì)之差體內(nèi)電勢(shì)之差半導(dǎo)體體內(nèi)費(fèi)米能半導(dǎo)體體內(nèi)費(fèi)米能級(jí)與禁帶中心能級(jí)級(jí)與禁帶中心能級(jí)之差的電勢(shì)表示之差的電勢(shì)表示采用單邊突變結(jié)的耗盡層近似采用單邊突變結(jié)的耗盡層近似P型襯底型襯底耗盡層形成：正柵壓

9、，耗盡層形成：正柵壓，P襯表面多子空穴耗盡，留下固定不動(dòng)的襯表面多子空穴耗盡，留下固定不動(dòng)的Na-，由，由半導(dǎo)體濃度的限制，分布在半導(dǎo)體濃度的限制，分布在S表面一定厚度內(nèi)，負(fù)的空間電荷區(qū)表面一定厚度內(nèi)，負(fù)的空間電荷區(qū)cm/F1085. 87 .11SiO106 . 1)K300,Si(cm105 . 1)K300(V0259. 0/14219310的介電常數(shù)電子電量半導(dǎo)體本征摻雜濃度度半導(dǎo)體襯底受主摻雜濃熱電勢(shì)siatqeTnNTqkTV2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 空間電荷區(qū)厚度空間電荷區(qū)厚度: :表面反型情形表面反型情形閾值反型點(diǎn)：閾值反型點(diǎn)：

10、 表面勢(shì)表面勢(shì)= 2倍費(fèi)米勢(shì)，表面處電子濃度倍費(fèi)米勢(shì)，表面處電子濃度=體內(nèi)空穴濃度體內(nèi)空穴濃度閾值電壓：閾值電壓： 使半導(dǎo)體表面達(dá)到閾值反型點(diǎn)時(shí)的柵電壓使半導(dǎo)體表面達(dá)到閾值反型點(diǎn)時(shí)的柵電壓表面空間電荷區(qū)厚度表面空間電荷區(qū)厚度P型襯底型襯底2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面反型層電子濃度與表面勢(shì)的關(guān)系表面反型層電子濃度與表面勢(shì)的關(guān)系tsaisVNnnexp2316316cm101V695. 02V347. 0K300cm101sfpsfpanTN反型實(shí)例：2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 表面空間電荷層電荷與

11、表面勢(shì)的關(guān)系表面空間電荷層電荷與表面勢(shì)的關(guān)系本征本征半導(dǎo)體表面狀態(tài)的變化時(shí)襯底型GSVSip堆積堆積平帶平帶耗盡耗盡本征本征弱反型弱反型強(qiáng)反型強(qiáng)反型2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 空間電荷區(qū)厚度空間電荷區(qū)厚度:n:n型襯底情形型襯底情形表面空間電荷區(qū)厚度表面空間電荷區(qū)厚度表面勢(shì)表面勢(shì)半導(dǎo)體襯半導(dǎo)體襯底施主摻底施主摻雜濃度雜濃度n型襯底型襯底閾值反型點(diǎn)：閾值反型點(diǎn)： 表面勢(shì)表面勢(shì)= 2倍費(fèi)米勢(shì)，表面處空穴濃度倍費(fèi)米勢(shì)，表面處空穴濃度=體內(nèi)電子濃度體內(nèi)電子濃度閾值電壓：閾值電壓： 使半導(dǎo)體表面達(dá)到閾值反型點(diǎn)時(shí)的柵電壓使半導(dǎo)體表面達(dá)到閾值反型點(diǎn)時(shí)的柵電壓2

12、022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 空間電荷區(qū)厚度空間電荷區(qū)厚度: :與摻雜濃度的關(guān)系與摻雜濃度的關(guān)系實(shí)際器件實(shí)際器件參數(shù)區(qū)間參數(shù)區(qū)間2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.2 耗盡層厚度耗盡層厚度 需掌握內(nèi)容需掌握內(nèi)容n耗盡層厚度在不同半導(dǎo)體表面狀態(tài)的特點(diǎn)和原因耗盡層厚度在不同半導(dǎo)體表面狀態(tài)的特點(diǎn)和原因n耗盡層厚度公式耗盡層厚度公式n半導(dǎo)體表面狀態(tài)和表面勢(shì)的關(guān)系半導(dǎo)體表面狀態(tài)和表面勢(shì)的關(guān)系n閾值反型點(diǎn)的定義閾值反型點(diǎn)的定義n常用器件摻雜范圍常用器件摻雜范圍2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.3 功函數(shù)差功函數(shù)差

13、 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容n功函數(shù)和功函數(shù)差定義功函數(shù)和功函數(shù)差定義n功函數(shù)差對(duì)半導(dǎo)體表面的影響功函數(shù)差對(duì)半導(dǎo)體表面的影響n(yōu)N+ POLY或或 P+POLY與硅的功函數(shù)差與硅的功函數(shù)差n常用結(jié)構(gòu)的功函數(shù)概況常用結(jié)構(gòu)的功函數(shù)概況2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差:MOS:MOS接觸前的能帶圖接觸前的能帶圖金屬的功函數(shù)金屬的功函數(shù)金屬的費(fèi)米能級(jí)金屬的費(fèi)米能級(jí)硅的電子親和能硅的電子親和能fpgFsseEeEEW20半導(dǎo)體的功函數(shù))2(fpgmsmmseEeWW（電勢(shì)表示）差金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)mFmmeEEW0金屬的功函數(shù)功函數(shù)：起始能量等于功函數(shù)：

14、起始能量等于EF的電子，由材料內(nèi)部逸出體外到真的電子，由材料內(nèi)部逸出體外到真 空所需最小能量。空所需最小能量。XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差:MOS:MOS結(jié)構(gòu)的能帶圖結(jié)構(gòu)的能帶圖2022-7-1)2(fpegEmms差（電勢(shì)表示）金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)修正的金屬修正的金屬功函數(shù)功函數(shù)修正的硅的電子修正的硅的電子親和能親和能二氧化硅的電子親和能二氧化硅的電子親和能二氧化硅的禁帶寬度二氧化硅的禁帶寬度)2(fpegEmms差（電勢(shì)表示）金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差:MO

15、S:MOS結(jié)構(gòu)的能帶圖結(jié)構(gòu)的能帶圖條件：零柵壓，條件：零柵壓， 熱平衡熱平衡接觸之后能帶圖的變化：接觸之后能帶圖的變化： 1）MOS成為統(tǒng)一系統(tǒng)，成為統(tǒng)一系統(tǒng)， 0柵壓下熱平衡狀態(tài)有統(tǒng)一的柵壓下熱平衡狀態(tài)有統(tǒng)一的EF。 2）SiO2的能帶傾斜：的能帶傾斜：3）半導(dǎo)體一側(cè)能帶彎曲：）半導(dǎo)體一側(cè)能帶彎曲：原因：金屬半導(dǎo)體原因：金屬半導(dǎo)體ms不為不為0 零柵壓下氧化物零柵壓下氧化物二側(cè)的電勢(shì)差二側(cè)的電勢(shì)差零柵壓下半導(dǎo)體的零柵壓下半導(dǎo)體的表面勢(shì)表面勢(shì)2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差: :計(jì)算公式計(jì)算公式)()2(00SoxfpgmmsVeE功

16、函數(shù)差使二者能帶發(fā)生彎曲，功函數(shù)差使二者能帶發(fā)生彎曲，彎曲量之和是金屬半導(dǎo)體的功彎曲量之和是金屬半導(dǎo)體的功函數(shù)差。函數(shù)差。2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差:n:n摻雜多晶硅柵摻雜多晶硅柵0簡(jiǎn)并：簡(jiǎn)并：degenerate 退化，衰退退化，衰退P-Si近似相等近似相等n+摻雜至簡(jiǎn)并摻雜至簡(jiǎn)并2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差:p:p摻雜多晶硅柵摻雜多晶硅柵p+摻雜至簡(jiǎn)并摻雜至簡(jiǎn)并02022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差:n:n

17、型襯底情形型襯底情形負(fù)柵壓的大小負(fù)柵壓的大小)2(fpegEmmsP型襯底：)n2(fegEmmsN型襯底：2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 功函數(shù)差功函數(shù)差: :與摻雜濃度的關(guān)系與摻雜濃度的關(guān)系型襯底型襯底同樣?xùn)烹姌O材料下的pnmsAupolypAlpolyn：SipAlpolynAupolyp：Sin|型型同樣襯底材料下的ms0Al)poly,nms對(duì)多數(shù)應(yīng)用（2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.3 功函數(shù)差功函數(shù)差 需掌握內(nèi)容需掌握內(nèi)容n功函數(shù)和功函數(shù)差定義功函數(shù)和功函數(shù)差定義n功函數(shù)差與誰(shuí)有關(guān)功函數(shù)差與誰(shuí)有關(guān)?nMOS系

18、統(tǒng)接觸前的能帶圖系統(tǒng)接觸前的能帶圖nMOS系統(tǒng)接觸后的能帶圖變化和原因系統(tǒng)接觸后的能帶圖變化和原因n不用金屬不用金屬,而用而用N+ POLY或或 P+POLY功函數(shù)差如何算功函數(shù)差如何算?n常用結(jié)構(gòu)的功函數(shù)概況常用結(jié)構(gòu)的功函數(shù)概況2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.4 平帶電壓平帶電壓 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容n平帶電壓定義平帶電壓定義n半導(dǎo)體表面能帶彎曲可能原因和物理過(guò)程半導(dǎo)體表面能帶彎曲可能原因和物理過(guò)程n平帶電壓推導(dǎo)平帶電壓推導(dǎo)n平帶電壓影響因素平帶電壓影響因素2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 平帶電壓平帶電壓: :能帶彎曲的動(dòng)因

19、能帶彎曲的動(dòng)因nMOS結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體表面能帶彎曲的動(dòng)因結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體表面能帶彎曲的動(dòng)因n金屬與半導(dǎo)體之間加有電壓（柵壓）金屬與半導(dǎo)體之間加有電壓（柵壓）n半導(dǎo)體與金屬之間存在功函數(shù)差半導(dǎo)體與金屬之間存在功函數(shù)差n氧化層中存在的正電荷氧化層中存在的正電荷（面電荷密度面電荷密度Qss） 可動(dòng)電荷：工藝引入的金屬離子可動(dòng)電荷：工藝引入的金屬離子 陷阱電荷：輻照陷阱電荷：輻照 界面態(tài)：界面態(tài)：SiSio2界面界面Si禁帶中的能級(jí)禁帶中的能級(jí) 氧化層中氧化層中SiSio2界面存在的正的固定電荷界面存在的正的固定電荷2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 平帶電壓平帶電壓:

20、 :固定電荷成因固定電荷成因n SiSiO2界面存在的正的固定電荷（面電荷密度）界面存在的正的固定電荷（面電荷密度）1、固定電荷面密度大小與摻雜類(lèi)型和濃度基本無(wú)關(guān)，而與硅晶面、固定電荷面密度大小與摻雜類(lèi)型和濃度基本無(wú)關(guān)，而與硅晶面 111，110，100共價(jià)鍵密度大小順序相同。共價(jià)鍵密度大小順序相同。2、通常為氧化條件的函數(shù)，可通過(guò)在氬氣和氮?dú)庵袑?duì)氧化物退火、通常為氧化條件的函數(shù)，可通過(guò)在氬氣和氮?dú)庵袑?duì)氧化物退火 來(lái)改變這種電荷密度。來(lái)改變這種電荷密度。3、氧化層中固定電荷在位置上表現(xiàn)的很靠近氧化物半導(dǎo)體界面。、氧化層中固定電荷在位置上表現(xiàn)的很靠近氧化物半導(dǎo)體界面。形成原因：推測(cè)和形成原因：推

21、測(cè)和SiSiO2界面的形成有關(guān)，界面存在過(guò)剩硅離子。界面的形成有關(guān)，界面存在過(guò)剩硅離子。2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 平帶電壓平帶電壓: :定義定義n平帶電壓平帶電壓VFB定義：使半導(dǎo)體表面能帶無(wú)彎曲需定義：使半導(dǎo)體表面能帶無(wú)彎曲需 施加的柵電壓施加的柵電壓來(lái)源：金屬與半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差，來(lái)源：金屬與半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差， 氧化層中的正的固定電荷氧化層中的正的固定電荷 （面電荷密度（面電荷密度Qss）2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 平帶電壓平帶電壓: :公式公式mssoxssoxoxsoxGVVVVV)

22、()(00柵電壓oxssoxmoxssmCQCQVQQ0電中性條件oxssmsGFBCQVVs|0平帶電壓)000恒（，則若ssFBmsQVVox0+ s0=- ms2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1.4 平帶電壓平帶電壓 需掌握內(nèi)容需掌握內(nèi)容n平帶電壓定義平帶電壓定義n半導(dǎo)體表面能帶彎曲可能原因和物理過(guò)程半導(dǎo)體表面能帶彎曲可能原因和物理過(guò)程n如果沒(méi)有功函數(shù)差及氧化層電荷如果沒(méi)有功函數(shù)差及氧化層電荷,平帶電壓平帶電壓為多少為多少?n平帶電壓推導(dǎo)過(guò)程和公式平帶電壓推導(dǎo)過(guò)程和公式XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 閾值電壓閾值電壓: :主要內(nèi)容主要內(nèi)

23、容2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY n閾值電壓定義閾值電壓定義n閾值電壓表達(dá)式和推導(dǎo)閾值電壓表達(dá)式和推導(dǎo)n閾值電壓影響因素閾值電壓影響因素n閾值電壓正負(fù)和器件類(lèi)型的關(guān)系閾值電壓正負(fù)和器件類(lèi)型的關(guān)系XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 閾值電壓閾值電壓: :定義定義2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY VGVTN： s=VTN：s=2fp，襯底表面強(qiáng)反型，溝道形成，器件，襯底表面強(qiáng)反型，溝道形成，器件導(dǎo)通導(dǎo)通閾值電壓：半導(dǎo)體表面達(dá)到閾值電壓：半導(dǎo)體表面達(dá)到閾值反型點(diǎn)閾值反型點(diǎn)時(shí)所需的柵壓時(shí)所需的柵壓VG. VT：VTN,VTP。表面勢(shì)表面勢(shì)=

24、費(fèi)米勢(shì)的費(fèi)米勢(shì)的2倍倍半導(dǎo)體表面強(qiáng)反型，可半導(dǎo)體表面強(qiáng)反型，可認(rèn)為認(rèn)為MOSFET溝道形成溝道形成XIDIAN UNIVERSITY 2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 閾值電壓閾值電壓: :公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)功函數(shù)差功函數(shù)差Vox0+ s0=- ms)(電荷摻雜濃度，氧化層固定柵氧化層電容，半導(dǎo)體fTNV|QSDmax|=e NaXdT msfpoxCssQoxCQSVfpoxCQSSVVsVVTNVSDfps2|)0ox0(2m0ox0oxTox2|GmaxoxCmQCQoxTV柵氧化層電壓|max|max|0maxssQSDQmQnQSDQssQmQ

25、nQSDQssQmQ電中性條件XIDIAN UNIVERSITY 2022-7-11.1 MOS電容電容 閾值電壓影響因素閾值電壓影響因素: :柵電容柵電容COX影響影響：COX越大，則越大，則VTN越??；越?。籆OX提高途徑：提高途徑：選擇介電常數(shù)大的絕緣介質(zhì)選擇介電常數(shù)大的絕緣介質(zhì);柵氧化層保證質(zhì)量前提下盡量薄。柵氧化層保證質(zhì)量前提下盡量薄。msfpoxCssQoxCSDQTNV2|max|閾值電壓ssQ|SD|Qmax物理過(guò)程：物理過(guò)程：COX越大，同樣越大，同樣VG在半導(dǎo)體表面感應(yīng)的在半導(dǎo)體表面感應(yīng)的電荷越多，電荷越多， 達(dá)到閾值反型點(diǎn)所需達(dá)到閾值反型點(diǎn)所需VG越小，易反型。越小，易反

26、型。XIDIAN UNIVERSITY 2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 閾值電壓影響因素閾值電壓影響因素: :摻雜濃度摻雜濃度|QSDmax|=e NaXdTNa影響影響：Na越小，則越小，則VTN越小；越小； msfpoxCssQoxCSDQTNV2|max|閾值電壓?jiǎn)栴}問(wèn)題：假定半導(dǎo)體非均勻摻雜，影響假定半導(dǎo)體非均勻摻雜，影響VT的是哪部分半導(dǎo)體的濃度？的是哪部分半導(dǎo)體的濃度？ 結(jié)論：氧化層下方的半導(dǎo)體的濃度。結(jié)論：氧化層下方的半導(dǎo)體的濃度。 可通過(guò)離子注入改變半導(dǎo)體表面的摻雜濃度，調(diào)整可通過(guò)離子注入改變半導(dǎo)體表面的摻雜濃度，調(diào)整VT。 物理過(guò)程

27、：物理過(guò)程：Na越小，達(dá)到反型所需耗盡的多子越越小，達(dá)到反型所需耗盡的多子越少，少， QSDmax越小，半導(dǎo)體表面易反型。越小，半導(dǎo)體表面易反型。 XIDIAN UNIVERSITY 2022-7-1XIDIAN UNIVERSITY 1.1 MOS電容電容 閾值電壓影響因素閾值電壓影響因素: :氧化層電荷氧化層電荷QSS影響影響：QSS越大，則越大，則VTN越??；越小；msfpoxCssQoxCSDQTNV2|max|閾值電壓注意：注意：QSS對(duì)對(duì)VT影響的大小與襯底摻雜濃度有關(guān)影響的大小與襯底摻雜濃度有關(guān) ，Na越大，越大， QSS的影響越小的影響越小。物理過(guò)程：物理過(guò)程：QSS越大，其在半導(dǎo)體表面感應(yīng)出的負(fù)電荷越越大，其在半導(dǎo)體表面感應(yīng)出的負(fù)電荷越 多，達(dá)到反型所需多，達(dá)到反型所需VG越小，易反型。越小，易反型。XIDIAN UNIVERSITY 2022-7-1XIDIAN