晶體管原理第四章金屬-氧化物半導(dǎo)

第四章金屬-氧化物-半導(dǎo)所謂“MOS”指的僅是金屬－二氧化這一章里始終討論MOS系統(tǒng)。Metal–Oxide–SemiconductorField-EffectMOSFET的 施加小的正偏柵壓后的MOSp型襯底MOS電容器的能 afpVtln a d d

1/ 如果柵壓大于這個(gè)閾值，導(dǎo)帶會(huì)輕微地向能級(jí)彎曲，荷寬度的改變卻是微弱的 4

0N型半導(dǎo)體襯底，襯 勢 VlnNd4 1/

n n fn

其中 襯 勢=0.347V，N=1016cm-化硅0.9V,Φm’修正的金屬功函數(shù)-從金屬向氧化物導(dǎo)帶注入一個(gè)電子需要的能量即金屬-二氧化硅界面勢壘高度；’修正的電子親和能 零柵壓時(shí)穿過氧化I

Φm’修正的金屬功函數(shù)-從金屬向氧化物導(dǎo)帶注入一個(gè)電子需把金屬一側(cè)的能級(jí)與半導(dǎo)體一側(cè)的能級(jí)相加，可以

e

2

('

OX s E

('

g)] n+多晶硅

'Eg('

)]Eg e fp

['(' )] fp

('

并且在Si－SiO2界面處反應(yīng)生成SiO2，硅原子也Q’氧化層中的單位面積凈固定電荷，位于氧化層-零柵壓時(shí) VOX0s0GVGVOXs

QQ

0;VO

Q VOQC

Q QC 當(dāng)平帶時(shí)，表面勢為零?S=0，平帶電壓VG

VFBVOX

msms

壓，以VTn溝器件此時(shí)?S=2?fpQmT’VGVOXSVTNVOXT2fp

'Qss'

QsD

eN QmT'

1

'

1Q '

' C C

QSDQSD

VS電壓VG降落在半導(dǎo)體表面的部分VFB：平 對(duì)于n型襯 1 ' ' CC

QQSD

柵電極柵柵電極柵P型半導(dǎo)強(qiáng)反型時(shí)的電荷分QnQB：半導(dǎo)體表面耗盡層中空間電荷QQGQOXQnQB閾值電壓（補(bǔ)理想狀態(tài)MOSFET的閾值電1理想狀2.溝道形成時(shí)的臨界狀4.出現(xiàn)強(qiáng)反型后 1 20VS

40

lnNAd

q2 1 i1QB

qNAxdmax20qNAVS4.1.5閾值電壓（補(bǔ)

QG

單位

層QGQnQBQOX 剛達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)Q

n

理想下不4.1.5閾值電壓（補(bǔ)柵電極柵柵電極柵氧化層P型半QB空間電荷區(qū)寬(強(qiáng)反型時(shí)可視為Q空間電荷區(qū)寬(強(qiáng)反型時(shí)可視為12V

4 NxB s

A q2

1QB2s0qNAVS4.1.5閾值電壓（補(bǔ)柵電極柵氧柵電極柵氧化層P型半QBVV BC2 qN 12CCOXt單位柵電柵氧厚4.1.5閾值電壓（補(bǔ)VGVox 2F

2kTlnNA iT QBT

2F

2qNA2F11

4.1.5閾值電壓（補(bǔ)實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的特

0,Vms

4.1.5閾值電壓（補(bǔ)VGVFBVox

QoxQB

FF

QoxqNAxdmax2kTlnNA V

QoxqNDxd

2kTlnND

4.1.5閾值電壓（補(bǔ)

20

1Ad 1A4.1.5閾值電壓（補(bǔ)114.1.5閾值電壓（補(bǔ)1 1Ad A1 1VTn

Qox12qNVV(y)|

1 1

4.1.5 1Q ' '2CC

QSDQSDC

柵電容4.1.5影響閾值電壓的 0 |VT

C

t1 1Q ' '2C C

1Q

' '2

('

('

摻雜濃度影響，濃度升高一個(gè)數(shù)量級(jí)，?ms減小n+多晶硅

P+多晶硅

fp

1

' '2

1CQSDqNAxdmax20qNA2F1C1QSD20qNA2F1

1Q '

' C C

襯底雜質(zhì)在1014-1017范圍內(nèi)，與襯 1Q ' '2

QSD QSD C-++P---柵氧化層界面處的反型層電子濃度（p型襯底）為閾值反型點(diǎn)的表面勢為φs>2φfp=0.695V。柵氧化層界面處 CC'(acc)CoxMOS電容電壓的微小變化導(dǎo)致反型數(shù)。得更負(fù)。由于它不是柵壓的函數(shù)，因此C-V特性平移