mos 朴信惠的理想型是孔侑i-v 效应与非理想i-v效应为什么有区别

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-02-18 07:46 标签： 朴信惠的理想型是孔侑
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第七章MOS场效应晶体管精选.ppt 213页
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第七章MOS场效应晶体管精选
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微电子器件原理第七章MOS场效应晶体管第七章MOS场效应晶体管§7.1基本结构和工作原理§7.2阈值电压§7.3I-V特性和直流特性曲线§7.4频率特性§7.5功率特性和功率MOSFET结构§7.6开关特性§7.7击穿特性§7.8温度特性§7.9短沟道和窄沟道效应2.强反型条件2.强反型条件上述4种电荷的作用统归于Qox——等效电荷电荷本身与半导体表面的距离不同，对表面状态的影响也不同。距离越近，影响越强。故等效为界面处的薄层电荷由VT、Qox及N的共同作用使器件呈增强型或耗尽型对n-MOS：Qox若较大，则易为耗尽型。欲得增强型，需控制Qox，并适当提高衬底浓度对p-MOS：VT总是负值，易为增强型。欲得耗尽型，需采用特殊工艺或结构，如制作p预反型层，或利用Al2O3膜的负电荷效应，制作Al2O3/SiO2复合栅等。与双极器件相比：MOSFET为多子器件，因其沟道迁移率随温度上升而下降，在大电流下沟道电流具有负的温度系数。这种电流随温度上升而下降的负反馈效应使MOS器件不存在电流集中和二次击穿的限制问题。在小信号下，MOS器件的输出电流id与输入电压ug呈线性关系，而双极型器件电流与电压呈指数关系变化。故其可在足够宽的电流范围内用作线性放大器。MOS器件输入阻抗高，作功率开关时需要的驱动电流小，转换速度快；作功率放大时增益大且稳定性好。MOSFET的不足之处在于饱和压降及导通电阻都较双极器件大。解决这方面的问题将是发展MOSFET的努力方向。等比例缩小(Scaling-down)定律1974年由Dennard基本指导思想是：保持MOS器件内部电场不变：恒定电场规律，简称CE律等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高集成电路的性能电源电压也要缩小相同的倍数漏源电流方程：由于VDS、(VGS-VTH)、W、L、tox均缩小了?倍，Cox增大了?倍，因此，IDS缩小?倍。门延迟时间tpd为：其中VDS、IDS、CL均缩小了?倍，所以tpd也缩小了?倍。标志集成电路性能的功耗延迟积PW?tpd则缩小了?3倍。恒定电场定律的问题阈值电压不可能缩得太小源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小电源电压标准的改变会带来很大的不便恒定电压等比例缩小规律(简称CV律)保持电源电压Vds和阈值电压Vth不变，对其它参数进行等比例缩小按CV律缩小后对电路性能的提高远不如CE律，而且采用CV律会使沟道内的电场大大增强CV律一般只适用于沟道长度大于1?m的器件，它不适用于沟道长度较短的器件。准恒定电场等比例缩小规则，缩写为QCE律CE律和CV律的折中，实际采用的最多随着器件尺寸的进一步缩小，强电场、高功耗以及功耗密度等引起的各种问题限制了按CV律进一步缩小的规则，电源电压必须降低。同时又为了不使阈值电压太低而影响电路的性能，实际上电源电压降低的比例通常小于器件尺寸的缩小比例器件尺寸将缩小?倍，而电源电压则只变为原来的?/?倍其中VDS1为y1点电位或0~y1间电压V(y1)——沟道压降根据电流连续原理，在y1处两电流相等，可解出VDS10yy1L可见，漏端速度饱和时，漏极电流与VDS无关而达到饱和但此电流饱和仅由速度饱和引起，沟道并未夹断，故且此时漏极电流不再反比于沟道长度L速度饱和时的跨导：速度饱和时故gmV&gms，且gmV随L的缩短而下降*另一种讨论方法是考虑迁移率调制效应，象JFET那样§7.9MOSFET短沟道和窄沟道效应二、漏特性及跨导的变化可见，当L很短时，漏端载流子速度饱和，漏电流饱和，跨导gmV也变成与VDS、VGS、L均无关的饱和值L再减小，可能出现沟道穿通。§7.9MOSFET短沟道和窄沟道效应二、漏特性及跨导的变化包含六种效应的组合模型的计算结果和实测值，包括：①短沟道效应②窄沟道效应③速度饱和效应④VDS对阈值电压的影响⑤有效迁移率与垂直电场的相关性⑥饱和区的沟道长度调制效应图7-57模型计算值与实测值的比较三、短沟道对亚阈值漏极电流的影响根据对MOSFET亚阈值区电流的讨论和分析，当VDS&3kT/q时，长沟器件的亚阈值电流应与VDS无关，而随栅压增加呈指数上升。图中：L=7mm时，VDS影响已存在，但不明显L=3mm时，亚阈值区两VDS差别明显，亚阈值IDS明显增大L=1.5mm时，沟道不能夹断，VGS难以控制IDS，丧失长沟特性总之，短沟道效应使亚阈值电流增大，漏极电流随栅压变化减小（跨导减小），且漏极电流一直随漏极电压增加而增加，甚至夹不断。短沟道对亚阈值电流的影响根据对MOSFET亚阈值区电流的讨论，当VDS&3kT/q时，长沟器件的亚阈值电流应与VDS无关，而随栅压增加呈指数上升。在指数坐标中，IDS与VGS成线性关系。当衬底浓度增大时，短沟道效应的影响减弱。总之，短沟道效应使亚阈值电
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