场效应器件物理2_MOSFET进阶2012copy

1、2022-3-16第第2 2章章 MOSFETMOSFET进阶进阶场效应器件物理场效应器件物理2022-3-162.1 非理想效应非理想效应 本节内容本节内容nMOSFET亚阈特性亚阈特性n沟道长度调制效应沟道长度调制效应n迁移率变化迁移率变化n速度饱和速度饱和n弹道运输弹道运输2022-3-162.1 非理想效应非理想效应 亚阈值电流亚阈值电流: 定义定义亚阈值电流亚阈值电流TGVV 区半导体表面处于弱反型fpsfp22022-3-162.1 非理想效应非理想效应 亚阈值电流亚阈值电流: 比较比较n沟道沟道MOSFET堆积状态：势垒很高堆积状态：势垒很高电子无法电子无法跃过跃过无法形成表面电

2、流无法形成表面电流弱反型状态：势垒较低弱反型状态：势垒较低电子有一电子有一定的几率越过势垒定的几率越过势垒形成亚阈值电形成亚阈值电流流强反型状态：势垒极低强反型状态：势垒极低大量大量电子电子越过势垒越过势垒形成沟道电流形成沟道电流2022-3-162.1 非理想效应非理想效应 亚阈值电流亚阈值电流: 电压特性电压特性无关即与，略大时，如漏源电压DS（sub)DDSDSVITkTeVVK300,V104.0/4改变一个数量级），改变（当与栅源电压成指数关系（sub)DS（sub)DIVImV60G，处于线性区若TGSDSDSDSTGSoxnDVVVVVVVLCWI)(，处于饱和区若无关与TGSD

3、SDSTGSoxnsatDVVVVVVLCWI2)()(22022-3-162.1 非理想效应非理想效应 亚阈值电流亚阈值电流: 电压特性电压特性n亚阈值摆幅亚阈值摆幅S：漏电流减小一个数量级所需的栅压变化量，漏电流减小一个数量级所需的栅压变化量，半对数亚阈特性曲线斜率的倒数。半对数亚阈特性曲线斜率的倒数。n S=dVGS/d(lgIDsub)n量化量化MOS管如何随栅压快速关断的参数。管如何随栅压快速关断的参数。n小好？大好？小好？大好？n 越小越好，越小越好， 说明说明VGS降低能快速关断器件。降低能快速关断器件。 2022-3-162.1 非理想效应非理想效应 亚阈值电流亚阈值电流:对器

4、件的影响对器件的影响n开关特性变差开关特性变差： 由于存在亚阈电流，由于存在亚阈电流，VGS略低于略低于VT时，器件无法正常关闭。时，器件无法正常关闭。n静态功耗增加：静态功耗增加： CMOS电路，总有电路，总有MOS管处于截止态，若管处于截止态，若VGS只是稍低于只是稍低于VT，理论器件截止，静态功耗为，理论器件截止，静态功耗为0.但亚阈电流存在，静态但亚阈电流存在，静态功耗增加大。功耗增加大。 想使器件很好关断，静态功耗小，想使器件很好关断，静态功耗小，VGS0.1m，大于散射平均自由程，大于散射平均自由程n载流子从源到漏运动需经过多次散射载流子从源到漏运动需经过多次散射n载流子运动速度用

5、平均漂移速度表征载流子运动速度用平均漂移速度表征n弹道输运弹道输运MOSFETn沟道长度沟道长度L临界电场强度临界电场强度EB(0.51)x107V/cm时，氧化层发生介电击穿时，氧化层发生介电击穿n若若EB6x106V/cm，当氧化层厚度当氧化层厚度50nm时，时，BVGS=30V，（安全，（安全余量为余量为3,）则要求工作电压）则要求工作电压VGS10Vn击穿过程击穿过程n针孔针孔凹坑凹坑空洞空洞崩塌崩塌n电流电流I温度温度T电流电流I，形成热电正反馈，形成热电正反馈n击穿场强的来源击穿场强的来源n栅压栅压VGS：EoxVGS/toxn栅感应电荷栅感应电荷QI：EoxQI/toxCox20

6、22-3-162.4 击穿特性击穿特性 栅栅- -源介质击穿源介质击穿( (静静电电) )ESD（Electrostatic Discharge）静电放电：）静电放电：静电经过器件引线泄放到地，使器件受到损伤。静电经过器件引线泄放到地，使器件受到损伤。静电（静电（Electrostatic）产生：）产生：MOSFET栅氧化层阻抗高，感应在栅极上的静电电荷无泄放通路。栅氧化层阻抗高，感应在栅极上的静电电荷无泄放通路。积累之后，产生强电场，造成栅的击穿，形成静电泄放通路。积累之后，产生强电场，造成栅的击穿，形成静电泄放通路。MOSFET为静电敏感器件为静电敏感器件:IC输入管脚，多连接器件栅极。输

7、入管脚，多连接器件栅极。器件的设计和使用需做好器件的设计和使用需做好ESD防护，避免器件击穿。防护，避免器件击穿。2022-3-162.4 击穿特性击穿特性 漏漏pn结击穿结击穿VGS=0：对漏：对漏pn结空间电荷区的形结空间电荷区的形状基本无影响状基本无影响VGS0时，器件导通，软击穿，来源于沟道区载流子的雪崩时，器件导通，软击穿，来源于沟道区载流子的雪崩倍增，倍增产生的电子被倍增，倍增产生的电子被D收集，空穴注入衬底。收集，空穴注入衬底。 VGS-VTEDG=BVDS。2022-3-162.4 击穿特性击穿特性 寄生晶体管效应寄生晶体管效应沟道）道，）沟道雪崩倍增（短沟（；）（形成条件：n

8、201subR雪崩倍增注入沟道的电子数从结的正向电压）管发射加在寄生雪崩倍增DsubsubsubsubISRIVInpn(所致）不是因（这种出现负阻效应所需的维持大电流DSDSVIVIDD2022-3-162.4 击穿特性击穿特性 源漏穿通效应源漏穿通效应n定义：漏衬和源衬空间电荷区交接，定义：漏衬和源衬空间电荷区交接，源衬源衬势垒降低了，漏电流增大，势垒降低了，漏电流增大，称为称为源漏穿通源漏穿通。n物理过程：物理过程：n特点：特点： VDS增，穿通效应增强；短沟器件更容易发生。增，穿通效应增强；短沟器件更容易发生。 器件栅控能力降低，无法关断，器件栅控能力降低，无法关断，VGSVT，沟道存

9、在，同时沟道下方，沟道存在，同时沟道下方的耗尽层也可发生穿通的耗尽层也可发生穿通2022-3-16n短沟道器件穿通特性曲线短沟道器件穿通特性曲线DSAPTVLNV2qV相连耗尽 层漏2DS时的和源衬耗尽层衬穿通电压：2.4 击穿特性击穿特性 源漏穿通效应源漏穿通效应2022-3-16n各种击穿的物理过程和相关影响因素各种击穿的物理过程和相关影响因素n避免或延缓各种击穿发生的有效措施避免或延缓各种击穿发生的有效措施n雪崩倍增效应与漏衬雪崩倍增效应与漏衬pn结击穿、沟道雪崩击穿和结击穿、沟道雪崩击穿和寄生晶体管击穿的关系寄生晶体管击穿的关系n源漏穿通效应对源漏穿通效应对I-V特性和亚阈特性的影响特

10、性和亚阈特性的影响2.4 击穿特性击穿特性 需掌握内容需掌握内容2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 本节内容本节内容 运行在空间的各类人造卫星、航天器会受到地球带电粒运行在空间的各类人造卫星、航天器会受到地球带电粒子、太阳宇宙射线等各种辐射子、太阳宇宙射线等各种辐射, 并造成不同程度的损伤。另并造成不同程度的损伤。另外外, 除天然辐射环境外除天然辐射环境外, 核武器爆炸也会对各种电子系统及核武器爆炸也会对各种电子系统及元器件构成严重威胁。元器件构成严重威胁。n辐射环境：空间辐射；核辐射辐射环境：空间辐射；核辐射n辐射效应：位移效应；电离效应辐射效应：位移效应；电离效应nMOSF

11、ET的电离辐射效应：的电离辐射效应： 辐照产生的氧化层电荷辐照产生的氧化层电荷 辐照产生的界面态辐照产生的界面态氧化层正电荷。氧化层正电荷。2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射环境辐射环境: :空间辐射空间辐射 宇宙射线，来自银河系和宇宙射线，来自银河系和太阳系的某些星球太阳系的某些星球n内辐射带内辐射带：距地面：距地面6006000km，高能质子（，高能质子（100MeV，影响中低轨道，影响中低轨道卫星）卫星）n外辐射带外辐射带：距地心：距地心2.万万km，高能电子，高能电子（20keV1.6MeV)，影，影响高轨道卫星响高轨道卫星n累计效应为主累计效应为主：总剂量，：总

12、剂量，rad(Si)2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射环境辐射环境: :核辐射核辐射 核爆炸环境和核动力环境核爆炸环境和核动力环境n快中子流快中子流：能量：能量0.5MeV,辐射有效半径辐射有效半径1km几十几十kmn射线射线：能量：能量1MeV,辐射辐射有效半径有效半径3km几百几百kmn热电磁脉冲热电磁脉冲：电场：电场105V/m，磁场磁场102A/m，f=10kHz100MHz，脉冲，脉冲间隔间隔1030nsn瞬态效应为主瞬态效应为主：剂量率，：剂量率，rad(Si)/s2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射物理效应辐射物理效应: :位移效应位移效

13、应n辐射使晶格原子位移辐射使晶格原子位移空位、间隙原子空位、间隙原子n中子辐射显著：不带电，能量大，穿透能力强中子辐射显著：不带电，能量大，穿透能力强n位移效应破坏了晶体材料的晶格结构和周期性位移效应破坏了晶体材料的晶格结构和周期性的势场，在禁带中引入新的电子能级的势场，在禁带中引入新的电子能级n复合中心复合中心少子寿命少子寿命n杂质补偿中心杂质补偿中心多子浓度多子浓度 电阻率电阻率n散射中心散射中心载流子迁移率载流子迁移率n永久性损伤：不可恢复永久性损伤：不可恢复 辐射辐射晶格晶格原子原子空位空位间隙间隙原子原子位移位移2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射物理效应辐射物理

14、效应: :电离效应电离效应n辐射使晶格原子电离辐射使晶格原子电离自由电子、带电离子自由电子、带电离子n射线显著：光电效应射线显著：光电效应n对硅器件影响对硅器件影响n氧化层正电荷氧化层正电荷nSi-SiOSi-SiO2 2界面陷阱界面陷阱n半永久性损伤和瞬时损伤半永久性损伤和瞬时损伤 辐射辐射晶格晶格原子原子离子离子自由自由电子电子电离电离2022-3-162.5 辐射效应辐射效应 MOSFET的辐射效应的辐射效应 x射线、射线、射线等离化辐射将射线等离化辐射将SiOSiO2 2中的电子中的电子- -空穴对打开，同时产生空穴对打开，同时产生自由电子和自由空穴自由电子和自由空穴辐射产生的电子在辐

15、射产生的电子在SiO2中很快移中很快移出栅极（迁移率出栅极（迁移率20cm2/Vs）辐射产生的空穴通过辐射产生的空穴通过SiO2定域态的定域态的随机跃迁缓慢地向随机跃迁缓慢地向Si-SiO2界面移动界面移动（迁移率（迁移率10-410-11cm2/Vs）到达到达Si-SiO2界面的空穴一部分注入界面的空穴一部分注入Si中，另一部分被界面附近的空穴中，另一部分被界面附近的空穴陷阱所俘获，带正电，使陷阱所俘获，带正电，使VT向负方向负方向移动向移动离化辐射打开离化辐射打开Si-SiO2界面的饱和键，界面的饱和键，产生界面陷阱。在禁带下部为施主态，产生界面陷阱。在禁带下部为施主态，上部为受主态，可部

16、分补偿辐射引入上部为受主态，可部分补偿辐射引入的正氧化层电荷对的正氧化层电荷对VT的影响的影响x射线、射线、射线射线等离化辐射等离化辐射辐射产生氧化辐射产生氧化层电荷层电荷辐射产生辐射产生界面态界面态这里以这里以p型衬底型衬底n沟道正栅压沟道正栅压MOSFET为例为例2022-3-162.5 辐射效应辐射效应 辐射产生氧化层电荷辐射产生氧化层电荷: :特性特性1 1正栅压下，辐射引入的空穴向硅一侧移动，且栅压正栅压下，辐射引入的空穴向硅一侧移动，且栅压VG中途未被复合而最终到达中途未被复合而最终到达Si-SiOSi-SiO2 2界面附近且被陷阱俘获的空穴数界面附近且被陷阱俘获的空穴数引入的附加

17、正电荷量引入的附加正电荷量平带电压漂移量平带电压漂移量| |V Vfbfb|当当Si-SiOSi-SiO2 2界面附近的空界面附近的空穴陷阱全被占据时，平带穴陷阱全被占据时，平带电压漂移量趋于饱和电压漂移量趋于饱和负栅压下，辐射引入的空穴向栅极一侧移动负栅压下，辐射引入的空穴向栅极一侧移动引入附引入附加正电荷的作用较弱，且基本不随加正电荷的作用较弱，且基本不随V VG G的变化而变化的变化而变化2022-3-16n沟道沟道MOSFET：导通电压：导通电压为正栅压，故辐射产生氧化为正栅压，故辐射产生氧化层电荷的效果强层电荷的效果强2.5 辐射效应辐射效应 辐射产生氧化层电荷辐射产生氧化层电荷:

18、:特性特性2 2离化辐射剂量离化辐射剂量rad(Si)p沟道沟道MOSFET：导通电压：导通电压为负栅压，故辐射产生氧化为负栅压，故辐射产生氧化层电荷的效果弱层电荷的效果弱2022-3-162.5 辐射效应辐射效应 辐射产生界面态辐射产生界面态: :特性特性1 1亚阈值电流（亚阈值电流（A）在亚阈区，在亚阈区，ID-VGS曲线的曲线的斜率是界面态密度的函数斜率是界面态密度的函数辐射总剂量越大，则引入的界面态密度越大辐射总剂量越大，则引入的界面态密度越大2022-3-162.5 辐射效应辐射效应 辐射产生界面态辐射产生界面态: :特性特性2 2离化辐照后，界面态密度逐渐上升，并在离化辐照后，界面

19、态密度逐渐上升，并在1001000s后才能达到其稳定值后才能达到其稳定值2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射加固设计辐射加固设计1nMOS电容结构电容结构电离辐照剂量电离辐照剂量1x104Gyn晶向：采用晶向：采用而非而非作为作为MOS器件的衬器件的衬底晶向底晶向n氧化后退火：氧化后退火：900N2气气氛下的氧化后退火，在较氛下的氧化后退火，在较低栅压下有效低栅压下有效n牺牲氧化：即先在硅片上牺牲氧化：即先在硅片上生长一层很厚的氧化层，生长一层很厚的氧化层，然后刻蚀掉并进行然后刻蚀掉并进行HCl蒸蒸汽化学处理后，再做标准汽化学处理后，再做标准的栅氧化层工艺的栅氧化层工艺20

20、22-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射加固设计辐射加固设计2 2n氧化方法：在干氧氧化、湿氧氧化、氧化方法：在干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化中，水汽氧化中，1000 的干氧氧化的干氧氧化最佳。干氧氧化时尽量避免掺氯最佳。干氧氧化时尽量避免掺氯n氧化后退火气氛：氧化后退火气氛：N2、Ar退火有利退火有利于抗辐照，于抗辐照，H2退火不利于抗辐照退火不利于抗辐照n最佳退火温度与时间：因氧化层而最佳退火温度与时间：因氧化层而异，干氧氧化的最佳条件是不高于异，干氧氧化的最佳条件是不高于850 ，90min；水汽氧化的最佳；水汽氧化的最佳条件是条件是900 ，30min900 950 1000

21、 850 nMOS电容结构电容结构电离辐照剂量电离辐照剂量1x104GypMOS电容结构电容结构电离辐照剂量电离辐照剂量1x104Gy900 950 1000 1050 1100 2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射加固设计辐射加固设计3n减少栅氧化层厚度有利于减少栅氧化层厚度有利于抗辐照，因为辐射引起的抗辐照，因为辐射引起的阈值电压漂移与栅氧化层阈值电压漂移与栅氧化层的厚度成正比的厚度成正比nMOS器件尺寸的按比例缩器件尺寸的按比例缩小有利于抗辐照小有利于抗辐照2022-3-162.5 2.5 辐射效应辐射效应 辐射加固设计辐射加固设计4n采用绝缘材料（如采用绝缘材料（如

22、CMOS/SOI、CMOS/SOS）等取代硅材料作为衬底）等取代硅材料作为衬底,可实现可实现完全的介质隔离，完全的介质隔离，pn结面积小，不存在任何寄生晶体管，产生的光电流可比结面积小，不存在任何寄生晶体管，产生的光电流可比硅衬底小三个数量级硅衬底小三个数量级2022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 本节内容本节内容 MOSFET的缩小是非理想的按比例缩小，内部的缩小是非理想的按比例缩小，内部E随随L、tox减小增加，易诱发热载流子效应减小增加，易诱发热载流子效应n热载流子定义热载流子定义n热载流子类型热载流子类型n抗热载流子措施：轻掺杂漏结构抗热载流子措施：轻掺杂漏结构2022-3

23、-162.6 热载流子效应热载流子效应 什么是热载流子？什么是热载流子？ n热载流子热载流子n平均能量（平均能量（kTe）大于晶格能量（）大于晶格能量（kT）的载流子）的载流子n热载流子效应热载流子效应n热载流子越过热载流子越过Si-SiO2界面势垒注入到界面势垒注入到SiO2层中，被氧化层陷阱俘获，层中，被氧化层陷阱俘获，氧化层电荷变化；氧化层电荷变化；n或者被栅极收集，形成栅电流；或者被栅极收集，形成栅电流；n产生界面态，使界面陷阱电荷变化。产生界面态，使界面陷阱电荷变化。n热载流子效应特点：热载流子效应特点：n是一连续过程，器件经过一段时间会衰退；是一连续过程，器件经过一段时间会衰退；n

24、短沟器件更容易发生此效应。短沟器件更容易发生此效应。n+n+p-substrateDSGBVGS+-DepletionRegionn-channel2022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 沟道热载流子效应（沟道热载流子效应（CHE） 横向沟道电场加速沟道电子横向沟道电场加速沟道电子在漏结附近达到临界能量成为热电子在漏结附近达到临界能量成为热电子热电子注入热电子注入SiOSiO2 2（形成栅电流（形成栅电流I Ig g）CHE：Channel Hot Electron2022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 沟道热载流子效应沟道热载流子效应AHC 横向沟道电场加速沟道电子横

25、向沟道电场加速沟道电子在漏结附近达到临界能量成为热电子在漏结附近达到临界能量成为热电子碰撞电离（雪崩倍增）碰撞电离（雪崩倍增）热电子注入热电子注入SiOSiO2 2（形成栅电流（形成栅电流I Ig g),),热空穴注热空穴注入衬底（形成衬底电流入衬底（形成衬底电流I Isubsub）AHC：Avalanche Hot Carrier2022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 衬底热载流子效应衬底热载流子效应:起源起源 纵向耗尽层电场纵向耗尽层电场耗尽层内产生热电子，并注入耗尽层内产生热电子，并注入SiOSiO2 2SHE: Substrate Hot Electron2022-3-16

26、n结构：在沟道的漏端及源端增加低掺杂区，降低了沟道端口处的结构：在沟道的漏端及源端增加低掺杂区，降低了沟道端口处的掺杂浓度及掺杂浓度的分布梯度掺杂浓度及掺杂浓度的分布梯度n作用：降低沟道中漏附近的电场，提高作用：降低沟道中漏附近的电场，提高FET抗热载流子能力抗热载流子能力2.6 热载流子效应热载流子效应 LDDLDD结构结构: :作用作用2022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 LDDLDD结构结构: :掺杂分布掺杂分布传统结构传统结构LDD结构结构漏区掺杂浓度较高漏区掺杂浓度较高且分布梯度较陡且分布梯度较陡漏区掺杂浓度较低且漏区掺杂浓度较低且分布梯度较缓分布梯度较缓2022-3-

27、162.6 热载流子效应热载流子效应 LDD结构结构:电场分布电场分布传统结构传统结构LDD结构结构降低了电场峰值降低了电场峰值及分布梯度及分布梯度2022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 LDD结构结构:工艺工艺12022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 LDD结构结构:工艺工艺22022-3-162.6 热载流子效应热载流子效应 需掌握内容需掌握内容 n热载流子定义和类型热载流子定义和类型n热载流子效应对热载流子效应对MOSFET器件特性的影响器件特性的影响n抗热载流子措施：轻掺杂漏结构的特点及抗热载流子效抗热载流子措施：轻掺杂漏结构的特点及抗热载流子效应的原因应的原因

28、n轻掺杂漏形成的简单工艺流程轻掺杂漏形成的简单工艺流程2022-3-162.7 小结小结n摩尔定律和利润竞争规则要求器件尺寸不断缩小。摩尔定律和利润竞争规则要求器件尺寸不断缩小。恒定电压按比例缩小恒定电压按比例缩小恒定电场按比例缩小恒定电场按比例缩小恒定电场按比例缩小后器件结构参数和特性的变化恒定电场按比例缩小后器件结构参数和特性的变化实际中参数按照不同比例缩小实际中参数按照不同比例缩小n器件尺寸缩小后不得不面对短沟效应。器件尺寸缩小后不得不面对短沟效应。沟道变短造成长沟时可以忽略（因为所占比重较小）的效应发生沟道变短造成长沟时可以忽略（因为所占比重较小）的效应发生短沟道造成的强电场引发的短沟

29、效应短沟道造成的强电场引发的短沟效应亚阈特性的变化亚阈特性的变化2022-3-162.6小结小结 沟道变短造成长沟时可以忽略的效应发生沟道变短造成长沟时可以忽略的效应发生n阈值电压的短沟效应阈值电压的短沟效应（源漏耗尽区对栅控电荷的影响不可忽略）（源漏耗尽区对栅控电荷的影响不可忽略）n阈值电压的窄沟效应阈值电压的窄沟效应（沟道宽度方向的附加空间电荷区不可忽略）（沟道宽度方向的附加空间电荷区不可忽略）n沟道长度调制效应沟道长度调制效应（有效沟道长度的降低不可忽略）（有效沟道长度的降低不可忽略）n源漏穿通造成夹不断，亚阈特性变差源漏穿通造成夹不断，亚阈特性变差n注意衬底掺杂浓度的影响注意衬底掺杂浓

30、度的影响2022-3-162.6小结小结 短沟道造成的强电场引发的短沟效应短沟道造成的强电场引发的短沟效应n强场引起速度饱和强场引起速度饱和（速度饱和后的（速度饱和后的IV、gm、fT表达式）表达式）n弹道效应弹道效应（载流子速度大于饱和速度，（载流子速度大于饱和速度，IV 关系）关系）n强场造成碰撞电离引发沟道雪崩击穿强场造成碰撞电离引发沟道雪崩击穿 （雪崩效应与其他击穿机理的联系）（雪崩效应与其他击穿机理的联系）n强场引起热载流子效应强场引起热载流子效应（热载流子注入栅氧化层造成氧化层电荷和界面态）（热载流子注入栅氧化层造成氧化层电荷和界面态）2022-3-162.6小结小结 表面迁移率和

31、亚阈电流表面迁移率和亚阈电流n氧化层变薄，氧化层变薄， 氧化层击穿电压下降氧化层击穿电压下降 栅电压造成的表面迁移率的下降更明显栅电压造成的表面迁移率的下降更明显n亚阈电流的特点：亚阈电流的特点： 长沟时：扩散电流是电流主要组成，与栅电压呈指数长沟时：扩散电流是电流主要组成，与栅电压呈指数 关系，在漏压大于关系，在漏压大于3kT/q后与漏压无关。后与漏压无关。 短沟时：源漏穿通效应的影响，亚阈电流与漏压相关，短沟时：源漏穿通效应的影响，亚阈电流与漏压相关，亚阈电流增大。亚阈电流增大。2022-3-162.7小结小结 0 0nMOSFET的几个简单公式：的几个简单公式：2)()(2TGSoxns

32、atDVVLCWI）（DSTGSoxnsatDVVVLCWI1)(22)()(222DSDSTGSoxnDVVVVLCWI2022-3-162.7 小结小结 1 1nMOSFET功能：开关放大。功能：开关放大。n性能指标：评价器件功能的好坏性能指标：评价器件功能的好坏 跨导，截止频率，击穿电压，饱和漏电流。跨导，截止频率，击穿电压，饱和漏电流。n可靠性：可靠性： 器件的寿命。器件的寿命。 器件的环境适应性，（辐射、高温、高湿、振动、温变）器件的环境适应性，（辐射、高温、高湿、振动、温变）nMOSFET在弱反型区存在所谓在弱反型区存在所谓“亚阈值电流亚阈值电流”。该电流与栅源电压。该电流与栅源电

33、压呈指数关系。呈指数关系。nMOSFET在饱和区的有效沟道长度随漏源电压的增加而增加，导致在饱和区的有效沟道长度随漏源电压的增加而增加，导致漏源电流略微增加，形成所谓漏源电流略微增加，形成所谓“沟道长度调制效应沟道长度调制效应”。此效应在短。此效应在短沟道和低掺杂衬底中才显著。沟道和低掺杂衬底中才显著。n沟道迁移率随沟道横向电场和纵向电场的增加而下降。在强的横向沟道迁移率随沟道横向电场和纵向电场的增加而下降。在强的横向电场下，载流子在沟道中的漂移速度将会达到饱和，此时漏源电流电场下，载流子在沟道中的漂移速度将会达到饱和，此时漏源电流与栅源电压呈线性关系与栅源电压呈线性关系2022-3-16n缩

34、小缩小MOSFET尺寸可以提高集成度和工作速度。器件尺寸与工作电尺寸可以提高集成度和工作速度。器件尺寸与工作电压按同样比例缩小较为理想，但难以实现。压按同样比例缩小较为理想，但难以实现。n在短沟道和窄沟道条件下，阈值电压会随沟道长度和沟道宽度的变在短沟道和窄沟道条件下，阈值电压会随沟道长度和沟道宽度的变化而变化。在实际工艺中常采用离子注入来调整阈值电压。化而变化。在实际工艺中常采用离子注入来调整阈值电压。n栅源介质击穿和漏体栅源介质击穿和漏体pn结击穿是结击穿是MOSFET主要击穿机构。短沟道器主要击穿机构。短沟道器件可能会出现沟道雪崩倍增，引发寄生晶体管效应或热电子效应。件可能会出现沟道雪崩倍增，引发寄生晶体管效应或热电子效应。n离化