mosfet 的阈电压.ppt

MOSFET MOSFET 的阈电压的阈电压定义: 定义: 使栅下的硅表面处开始发生强反型时的栅电压称为阈电压阈电压(或开启电压开启电压),记为 V V T T。定义: 定义: 当硅表面处的少子浓度达到或超过体内的平衡多子浓度时,称为表面发生了强反型强反型。在推导阈电压的表达式时可近似地采用一维分析,即认为衬底表面下耗尽区及沟道内的空间电荷完全由栅极与衬底之间的电压产生的横向电场所决定,而与漏极电压产生的纵向电场无关。 1 MOS MOS 结构的阈电压结构的阈电压 P型衬底 MOS 结构的阈电压。2 上图中, ?? A FP i F i1 ln 0 N kT E E q q n ?? ??? 1 、理想 MOS 结构(金属与半导体间的功函数差? MS = 0 , 栅氧化层中的电荷面密度 Q OX= 0 )当 V G= 0时的能带图称为 P P型衬底的费米势型衬底的费米势。 3 上图中, ? S 称为表面势表面势,即从硅表面处到硅体内平衡处的电势差,等于能带弯曲量除以 q 。 2 、实际 MOS 结构( ? MS < 0 ,Q OX > 0 )当 V G=0时的能带图 S?q4 3 、实际 MOS 结构当 V G =V FB时的能带图当时,可以使能带恢复为平带状态, 这时? S = 0,硅表面呈电中性。 V V FB FB称为平带电压平带电压。C OX代表单位面积的栅氧化层电容, ,T OX代表栅氧化层厚度。 OX OX MS FB GC Q VV???? OX OX OXT C ??5 4 、实际 MOS 结构当 V G=V T时的能带图要使表面发生强反型,应使表面处的 E F-E iS=q? FP,这时能带总的弯曲量是能带总的弯曲量是 2 2q q?? FP FP,表面势为,表面势为?? S S= =?? S,inv S,inv = =2 2?? FP FP。。 6 外加栅电压超过 V FB的部分( (V V G G- -V V FB FB) )称为有效栅电压有效栅电压。有效栅电压可分为两部分:降在氧化层上的 V OX 与降在硅表面附近的表面电势? S,即 V G–V FB=V OX + ? S 表面势? S 使能带发生弯曲。表面发生强反型时能带的弯曲量是 2q? FP,表面势为 2? FP,于是可得 V T–V FB=V OX + 2 ? FP V V T T= =V V FB FB + + V V OX OX + 2 + 2 ?? FP FP7 上式中, Q M 和Q S 分别代表金属一侧的电荷面密度和半导体一侧的电荷面密度,而 Q S又是耗尽层电荷 Q A与反型层电荷 Q n 之和。, OX S OX M OXC QC QV???-Q AQ M-Q nC OX?-Q SP 8 可得 MOS 结构的阈电压为 FP OX FP A OX OX MS T2 )2(???????C QC Q V 再将和上式代入 V V T T= =V V FB FB + + V V OX OX + 2 + 2 ?? FP FP中, OX OX MS FBC Q V???关于 Q A的进一步推导在以后进行。作为近似,在强反型刚开始时,可以忽略 Q n 。Q A是? S的函数,在开始强反型时, Q A (? S ) =Q A (2? FP ) ,故得 OX FP A OX S OX)2(C QC QV ?????9 1 1、阈电压一般表达式的导出、阈电压一般表达式的导出 MOSFET 与 MOS 结构的不同之处是: a) 栅与衬底之间的外加电压由 V G变为(V G -V B ) ,因此有效栅电压由(V G -V FB ) 变为(V G -V B -V FB ) 。 b) 有反向电压(V S-V B)加在源、漏及反型层的 PN 结上,使强反型开始时的表面势? S,inv 由2? FP变为(2? FP +V S -V B )。 MOSFET MOSFET 的阈电压的阈电压 10