mos器件阈值电压.pptx

MOSFET阈值电压的定义
在正常情况下,栅电压产生的电场控制着源漏间沟道区内载流子的产生。使沟道区源端强反型时的栅源电压称为MOS管的阈值电压。NMOS的阈值电压用VTn 表示, PMOS的阈值电压用VTp 表示。
阈值电压:Threshold voltage
MOS电容的阈值电压(1)
P-Si
耗尽层的厚度
耗尽层单位面间的电荷
反型层的厚度
反型层单位面积的电荷
半导体表面电荷
栅电荷
P-Si
半导体表面强反型时的栅体电压称为MOS电容的阈值电压VT
MOS电容的阈值电压(2)
MOS电容反型时能带图
MOSFET与MOS电容的不同(1)
MOS电容
表面电场由栅电压控制,半导体表面处于平衡态,有统一的费米能级。表面空间电荷沿 Y方向均匀分布。
MOSFET
栅下的电荷受栅电压产生的纵向电场 EX 、源漏电压产生的横向电场 EY 的共同作用,是一个二维问题*。
VDS、VBS使半导体表面势、表面电荷、表面反型层和耗尽区厚度都随Y变化。
沿Y方向有电流流动,表面处于非平衡态,反型层与体内不再有统一的费米能级。
MOSFET与MOS电容的不同(2)
MOSFET与MOS电容的不同(3)
VGS>VT
n+
n+
VDS>0
p-substrate
Channel
S
B
IDS
VBS
NMOS 反型层和耗尽区
如何得到
在一定的近似条件下求解二维泊松方程:
MOSFET电压-电荷关系
Gradual Channel Approximation*
假定y方向(沿沟道方向)电场EY的变化远小于相应的X方向(垂直于沟道方向)电场EX的变化。其数学表示式为
缓变沟道近似(GCA)
对于长道器件,GCA近似除在漏端附近不成立外,在沿沟道方向的大部分区域都是有效的。 GCA近似使泊松方程变成一维的,这意味着MOS电容的电荷方程,做一些简单修正,就可适用于MOSFET
以NMOS为例。当栅压VGS>VTN,在半导体表面形成反型层。这时,在源漏端施加电压,形成源漏电流,沿沟道方向(Y方向)产生电压降*。
其结果使N型沟道的能带连同其费米能级沿Y方向发生倾斜*。原因:N沟道与P型衬底之间电位不同,即N沟道与P型衬底间的PN结处于反向偏置,沟道与衬底之间不再有统一的费米费米能级
设沟道任意点相对于衬底的电位为VCB(y),那么沟道区的电子准费米能级EFn比衬底空穴的准费米能级EFP低qVCB(y)。
MOSFET的表面势(1)
MOSFET的表面势(2)
n+
n+
NMOSFET 的能带图*