MOS場效應晶體管基礎2課件

1、MOS- V +a. MOS結構b. 電場效應1、 雙端MOS結構及其場效應第1頁，共35頁。- V +_ _ _ _ _ _ _+ + + + + + +p型空穴堆積a. p增強型+ V -+ + + + + + +p型空穴耗盡b. p耗盡型_ _ _ _ _ _ _+ V -+ + + + + + +p型電子堆積c. p反型_ _ _ _ _ _ _-V+V+V2、 半導體的耗盡及反型s表面勢空穴堆積電子堆積第2頁，共35頁。- V + + + + + + +n型電子堆積a. n增強型+ V -+ + + + + + +n型電子耗盡b. n耗盡型_ _ _ _ _ _ _+ V -+ +

2、+ + + + +n型空穴堆積c. n反型_ _ _ _ _ _ _+V-V-V2、 半導體耗盡及反型_ _ _ _ _ _ _s表面勢空穴堆積電子堆積第3頁，共35頁。2、 耗盡區(qū)寬度反型表面導電性增加，屏蔽外加電場，空間電荷區(qū)不能再增大。耗盡表面導電性降低，外加電場進一步深入，空間電荷區(qū)增大。第4頁，共35頁。金屬 氧化物 p型半導體3、 平衡能帶結構真空能級金屬 氧化物 p型半導體真空能級能帶平衡關系：總的能帶彎曲等于金屬半導體功函數(shù)差：金屬功函數(shù)電子親合能第5頁，共35頁。3、 柵壓- VG +金屬 氧化物 半導體第6頁，共35頁。4、 平帶電壓金屬 氧化物 半導體金屬 氧化物 半導體

3、第7頁，共35頁。5、 閾值電壓金屬 氧化物 p型半導體金屬 氧化物 p型半導體第8頁，共35頁。5、 閾值電壓第9頁，共35頁。5、 閾值電壓第10頁，共35頁。6、 電荷分布平帶耗盡弱反型堆積強反型注：堆積和強反型載流子增長很快。第11頁，共35頁。7、 MOS電容模型第12頁，共35頁。8、理想 C-V特性堆積耗盡中反型強反型低頻高頻第13頁，共35頁。8、理想 C-V特性堆積中反型強反型耗盡低頻高頻第14頁，共35頁。9、非理想效應堆積反型低頻高頻第15頁，共35頁。9、非理想效應禁帶中央閾值平帶a. 固定柵氧化層電荷b. 界面態(tài)效應第16頁，共35頁。3.2 MOS場效應晶體管1、M

4、OSFET的結構及工作原理2、電流-電壓關系（定性分析）3、電流-電壓關系（定量分析）4、MOSFET的等效電路5、MOSFET的頻率限制特性第17頁，共35頁。1、MOSFET的結構及工作原理p源(S) 柵(G) 漏(D)體(B)p源(S) 柵(G) 漏(D)體(B)n溝GDSBGDSB（1）N溝增強型（2）N溝耗盡型第18頁，共35頁。1、MOSFET的結構及工作原理n源(S) 柵(G) 漏(D)體(B)n源(S) 柵(G) 漏(D)體(B)p溝GDSBGDSB（3）P溝增強型（4）P溝耗盡型第19頁，共35頁。1、MOSFET的結構及工作原理pGDSpGDS空間電荷區(qū)電子反型層(a) 柵

5、壓低于閾值電壓：溝道中無反型層電荷(b) 柵壓高于閾值電壓：溝道中產生反型層電荷第20頁，共35頁。2、電流-電壓關系（定性）（小的漏源電壓作用）pGDS電子反型層第21頁，共35頁。2、電流-電壓關系（定性）P耗盡區(qū)氧化層反型層P反型層P反型層線性區(qū)偏離線性飽和第22頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）GDSp電子反型層第23頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）金屬氧化層P型半導體（a）電荷關系（b）高斯關系第24頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）（c）電勢關系（d）能量關系金屬 氧化物 半導體第25頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）電流公式電荷關系電壓關系閾值電壓電流-

6、電壓關系：第26頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）電流-電壓關系：（VGSVT，VDSVDS(sat)）飽和:（電流達到最大）飽和電流-電壓關系：第27頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）電流-電壓關系：飽和:飽和電流-電壓關系：P溝道增強型MOSFET：nGDSP溝道耗盡型MOSFET：第28頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）電流-電壓關系的應用（1）確定閾值電壓和遷移率（1）低漏源電壓近似：（VDS0）（2）飽和電流-電壓關系：（VDS= VDS(sat) ）第29頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）電流-電壓關系的應用（2）MOSFET的跨導MOSFET跨導的定義:非飽和區(qū)跨導:飽和區(qū)跨導:線性很好！第30頁，共35頁。3、電流-電壓關系（定量）襯底偏置效應pGDS第31頁，共35頁。4、小信號等效電路第32頁，共35頁。4、小信號等效電路柵極：漏極：第33頁，共35頁。5、頻率限制因素與截止頻率輸入電流：截止頻率：輸出電流：電流增益：電壓增益：第34頁，共35頁。