MOS场效应晶体管.ppt

4.1MOS结构与基本性质4.1.1理想MOS结构与基本性质1.理想MOS二极管的定义与能带
1）在外加零偏压时，金属功函数与半导体函数之间没有能量差，或两者的功函数差qφms为零2）在任何偏置条件下，MOS结构中的电荷仅位于半导体之中，而且与邻近氧化层的金属表面电荷数量大小相等，但符号相反。
3）氧化膜是一个理想的绝缘体，电阻率为无穷大，在直流偏置条件下，氧化膜中没有电流通过。2.表面势与表面耗尽区在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为而空穴和电子的浓度也可表示为ψ的函数通过以上讨论，以下各区间的表面电势可以区分为：
Ψs<0空穴积累（能带向上弯曲）；
Ψs=0平带情况；
ΨF>Ψs>0空穴耗尽（能带向下弯曲）；
ΨF=Ψs表面上正好是本征的ns=ps=ni
ΨF<Ψs反型情况（反型层中电子积累，能带向下弯曲）。
电势与距离的关系，可由一维泊松方程求得3.理想MOS结构的电容-电压特性在平带条件下对应的总电容称为MOS结构的平带电容CFB4.1.2实际MOS结构及基本特性在实际的MOS结构中，金属-半导体功函数差不等于零，半导体能带需向下弯曲，如图所示，这是因为在热平衡状态下，金属含正电荷，而半导体表面则为负电荷为了达到理想平带状况，需要外加一个相当于功函数差qфms的电压，使能带变为如下图所示的状况。2.氧化层中电荷的影响1）界面中陷阱电荷
2）氧化层中的固定电荷
3）氧化层陷阱电荷
4）可动离子电荷1.MOS晶体管的基本结构2.MOS管的基本工作原理
4.2.2MOS场效应晶体管的转移特性2.N沟耗尽型MOS管及转移特性4.P沟耗尽型MOS管及转移特性4.2.3MOS场效应晶体管的输出特性它的输出特性曲线则如下图所示：1.可调电阻区(线性工作区)2.饱和工作区3.击穿工作区4.3MOS场效应晶体管的阀值电压4.3.1阀值电压2.理想MOS结构的阀值电压3.实际MOS结构的阀值电压4.3.2影响阀值电压的其他诸因素3.衬底杂质浓度的影响4.功函数差的影响5.费米势的影响综上所述，MOS场效应晶体管的阀值电压与栅氧化层的厚度、质量、表面态电荷密度、衬底掺杂浓度、功函数差和费米势等有关。但对于结构一定的器件，在制造工艺中，能有效调节阀值电压的方法，主要是通过调整衬底或者沟道的掺杂浓度来实现的。
4.4MOS场效应晶体管的直流伏安特性5)当对MOS管同时施加栅源电压UGS和漏源电压UDS时，栅源电压将在垂直与沟道的x方向（见下图）产生纵向电场Ex，使半导体表面形成反型导电沟道；漏源电压将在沟道方向产生横向电场Ey，在漏源之间产生漂移电流。4.4.1伏安特性方程基本表示式1.线性工作区的伏安特性2.非饱和区伏安特性线性工作区对应上图的直线段1
非饱和区对应与曲线上的段2
饱和区则对应于曲线上的段3
4.4.2亚阀区的伏安特性1.漏区-衬底之间的PN结击穿2.漏-源穿通3.最大栅源耐压BUGS4.4.4输出特性曲线与直流参数不同USB值下的MOSFET输出特性曲线
a)USB=0Vb)USB=1Vc)USB=2Vd)USB=4V2.直流参数3)截止漏电流
4)导通电阻定义漏源电压与漏电流之比为导通电阻Ron4.5MOS场效应晶体管的频率特性4.5.1MOS场效应晶体管的交流小信号参数显然可见,MOS管的跨导越大,电压增益也越大.跨导的大小与各种工作状态有关.
非饱和区跨导gml
饱和区跨导gms
衬底跨导gmb2.漏-源输出电导gdl4.5.2MOS场效应晶体管交流小信号等效电路NMOS小信号等效电路NMOS小信号物理模型4.5.3MOS场效应晶体管的高频特性4.6MOS场效应晶体管的开关特性4.6.1MOS场效应晶体管的开关作用倒相器的输入、输出波形饱和负载增强型倒相器工作原理示意图
a)电路b)工作点4.6.2MOS场效应晶体管的开关过程4.6.3MOS场效应晶体管的开关时间计算1.非本征开关时间表示式2.本征延迟开关时间表示式4.7MOS场效应晶体管的温度特性4.7.1迁移率随温度的变化4.7.2阀值电压的温度特性4.7.3MOS场效应晶体管几个主要参数的温度特性2)跨导的温度特性
跨导的温度系数为2.饱和区的温度特性4.8MOS场效应晶体管短沟道效应4.8.1阀值电压的变化4.8.2漏特性及跨导的变化