晶体管原理-C32

1、半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-1-引引 言言1. 晶体管按工作原理分类晶体管按工作原理分类:第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管1) 双极型晶体管双极型晶体管 2) 场效应晶体管场效应晶体管(Field effect transistor: FET)*20世纪三十年代世纪三十年代:利林费尔德-场效应思想 -通过加在半导体表面上的垂直电场来调制半导体的电导率。*1962年前后年前后:Si平面工艺和外延技术发展;表面态密度大大降低。2. FET按结构和工艺特点来划分按结构和工艺特点来划分 1

2、) 结型栅场效应晶体管(JFET) 2) 肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET) 3) 绝缘栅场效应晶体管(IGFET)半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-2-3. 与双极型晶体管相比, FET的优点的优点:1) 输入阻抗高; 2) 功耗小; 3) 噪声系数小; 4) 温度稳定性好; 5) 抗辐射能力强第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-引 言4. JFET和和MESFET半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit &

3、; System-3-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管v结构和分类结构和分类1) 结构结构第一节第一节 MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性2) 工作原理工作原理半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-4-3) 输出特性输出特性(1)OA段: 线性区线性区,VGS决定沟道电阻* 集成电路中的都是横向MOSFET,即沟道电流是水平方向流动;分立器件中有的沟道电流是垂直方向流动的,称为纵向MOSFET。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性(2)AB段: 过渡区

4、过渡区,沟道压降影响沟道电阻(3)BC段: 饱和区饱和区,VDSVDsat,之后沟道有效长度随VDS增大而缩短,称为有效沟道长度有效沟道长度调变效应调变效应.(4)CD段: 击穿区击穿区,VDSBVDS非非饱饱和和区区4)MOSFET类型类型* N沟道增强型、耗尽型, P沟道增强型、 耗尽型半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-5-又称开启电压，是使栅下的衬底表面开始发生强反型时的栅极电压,记为VT。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性MOSFETMOSFET的阈值电

5、压的阈值电压1)MOS结构的阈电压结构的阈电压(1)功函数功函数Wm=E0 (EF)mWmE0(EF)mWs=E0 (EF)sWsE0(EF)sECEV半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-6-金半功函数差为零; 栅氧化层内有效电荷面密度为零; 栅氧化层与半导体界面处不存在界面态。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性(2)(2)理想理想MOSMOS结构结构半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit &a

6、mp; System-7-（3 3）实际实际MOSMOS结构与平带电压结构与平带电压第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性0, 0oxmsQ 通常有 ,使半导体一侧带负电荷,类同VG0, 能带在表面向下弯曲,数量为:)/(oxoxmsCQqqv定义:从表面到体内平衡处的电势差,为表面势表面势 ,即FBoxoxmssVCQ/sFPoxFPAoxoxmsTCQCQV2)2( 有效栅极电压（VG-VFB）一部分降在栅氧化层上，即 ，另一部分降在半导体上，即 .刚发生强反型时,栅极电压VG即阈电压VT:oxVs（4）实际实际MOS结构的阈电压结构的阈电压VToxsoxmox

7、CQCQVAAnsQQQQ耗尽区中电离受主电荷面密度反型层电荷面密度FPoxFPTVVV2半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-8-2) 2) MOSFETMOSFET的阈电压的阈电压VGVSVBBDSGnnFBBGVVV)(BsFnFPVVqEE（1）有效栅极电压为（2）（3）强反型时表面势 ，增为（4）强反型时沟道下耗尽区厚度BsFPinvsVV 2,21,max)2(AinvssdqNxinvs,则耗尽区中电离受主电荷面密度FpBSFpoxAsoxoxmssTVVCNqCQVV2)2()2(

8、2/12/121,2)(invssAinvsAqNQ第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性P衬底半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-9-3）影响影响VT 的几个因素的几个因素（1）栅电容 （2）衬底费米势 （3）金半功函数差oxCFpms令 称为P型衬底体因子。 取VS=0、VB=0则有FpFpoxoxmsTKCQV2)2(2/1oxAsCNqK21)2(第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性v一般器件掺杂范围内,掺杂影响最大的是QA,故可

9、以通过掺杂对QA的影响来改变VT.强反型后（4）衬底杂质浓度N2/1max)4(FPAsdAANqxqNQ（5）栅氧化层中Qoxv影响Qox的因素:制造工艺晶面氧化以后的工艺半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-10-衬底偏置效应衬底偏置效应(体效应体效应):衬底与源极之间外加衬底偏压VBS后,MOSFET的特性将发生变化.第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性（6）衬底偏置电压的影响v空间电荷面密度随偏压增大而增大.FpBSFpoxoxmssTVVKCQVV2)2(2

10、/112122/12/100FpBSFpVTVTTVKVVVBSBSGSV0AnOXMQQQ：Q电中性BSVv物理意义物理意义半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-11-vMOSFET的伏安特性的伏安特性假设假设：沟道内电压降忽略不计 扩散电流忽略不计沟道内c 缓变沟道近似强反型近似 栅氧化层内有效电荷面密度为常数第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性dVQLZIDSVVnnD)(dVQZdyIDSVVnnLD)(01) 非饱和区非饱和区（1）漏电流的一般表达式）漏电流

11、的一般表达式忽略扩散电流，则沟道内电子电流密度为dydVnqnEqJnynCdydVQZdydVqndxZ：InnbnD)(0积分bnqndxQ0-沟道电子电荷面密度半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-12-oxAsSDSDFpFBGDCqNVVVVVVI2/122)2(32)(21)(2(2/32/3)2()2(SBFpDBFpVVVV（2）沟道电子电荷面密度）沟道电子电荷面密度Qn与漏电流与漏电流第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性 衬底表面强反型后，沟道电子的

12、屏蔽使VG增加部分几乎全落在栅氧化层上，半导体中能带弯曲程度不再增大，即表面势和耗尽区宽都不再变化。2/1,)(22)(yVVqNVVCQQQBFpAsinvsFBGoxAsn2/1)(22)(2(yVVqNyVVVCBFpAsFpFBGox)(2,yVVBFpinvsLCZoxn-MOSFET增益因子半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-13-221)(DSDSTGSDVVVVITSBVVV, 0, 0TGSDsatDSDVVVdVdI 02)(2TGSVVIDsat对于pMOSFET:221)

13、(DSDSTGSDVVVVI2)(2TGSVVIDsat饱和漏极电压第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性饱和漏极电流TGSDSVVV2）饱和区饱和区)(/也可以感应出电子不可忽略yEVyDSID近似不变,但略有增加。DsatDSVV半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-14-（1）有效沟道长度调制效应有效沟道长度调制效应：VDSVDsat,沟道有效长度随VDS增大而缩短的现象。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性vVDS=VDsat时,

14、V(L)=VDsat,夹断点电势夹断点电势VDsat,沟道压降也是VDsat夹断点处夹断点处栅沟电压为栅沟电压为VGS-VDsat=VT。vVDSVDsat时, 沟道中各点电势均上升,V(y)=VDsat位置左移,夹断点左移夹断点左移,有效沟道压降不变VDsat=VGS-VT,夹断点处栅沟电压为夹断点处栅沟电压为VGS-VDsat=VT。21)(2ADsatDSsqNVVL沟道长度调制量：)/11()(212LLIVVCLZIDsatTGSoxnD半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-15- 衬底

15、低掺杂时，漏衬耗尽层随VDS增大而展宽很快，宽度可与沟道长相比拟，这时，起始于漏区的电力线不再全部终止于扩展到衬底中的耗尽层空间电荷上，即有一大部分穿过耗尽区终止于沟道区的可动电荷上，静电耦合。（2）漏区静电场对沟道区的反馈作用漏区静电场对沟道区的反馈作用v衬底中等掺杂以上时，漏电流不饱和的主要原因是有效沟道调制效应。衬底低掺杂时，以漏区沟道耦合作用为主。 第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性 漏-沟间存在耦合电容,使单位面积沟道区内产生的平均电荷密度的增量为:ZLVCQDSdCTAV3) 亚阈区亚阈区 VGSVT ,ID0本征电压本征电压 Vi：外加栅源电压使半

16、导体表面附近能带下弯 时，半导体表面处于本征状态，这时栅源电压称本征电压。Fpq半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-16-亚阈漏电流、次开启电流亚阈漏电流、次开启电流IDsub：表面处于弱反型状态，表面电子浓度介于本征载流子浓度ni和衬底平衡多子浓度nA 之间，有VDS时有很小的ID。LLnnAqDdydnAqDInnDsub)()0(第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性v此时IDsub主要由沟道扩散电流引起，忽略漂移电流。)exp()0(0kTqnnsp)(exp

17、)(0kTVqnLnDSsp2/12)(sAssAsDNqddQCAsDsqNCqkTqEkTb)()exp(1)exp()2exp()()(2kTqVkTqkTqCqkTLZIDSSFpSDnDsub-沟道有效厚度2/12ssAsAsqNQE-高斯定律-沟道下耗尽层电容半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-17-)exp(1)(exp()(2kTqVnVVkTqCqkTLZIDSTGSDnDsub第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性4）击穿区击穿区VDS超过一定值时

18、，IDS迅速上升,称漏源击穿。此时为漏源击穿电压BVDS。(1)之一之一-漏极雪崩击穿漏极雪崩击穿：源衬相连时，VDS对漏pn结呈反向电压，VDS增加到一定程度时漏pn结会雪崩击穿。 实际漏结击穿电压比理论值要低。v 实验表明:当衬底电阻率较大时,漏结击穿电压不再与衬底材料掺杂浓度有关,而主要由栅极电压的极性、大小和栅氧化层的厚度所决定。v亚阈区栅源电压摆幅亚阈区栅源电压摆幅S: 表征亚阈区中VGS对IDsub的控制能力.半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-18-之二之二-漏源穿通击穿电压（漏源

19、穿通击穿电压（VPT） L 较短，衬 较高时，漏衬间尚未雪崩击穿，但漏 pn 结耗尽区已扩展到与源区相连，称漏源穿通击穿（VPT），VDS继续，源 pn结正偏，大量电子进入沟道，被强电场扫入漏区，形成较大的 ID。 210sd)(2xqNVVbi2PT2VLqNsA一维状态：类同双极型管基区穿通，但那里NBNC，不易基区穿通，这里反之。 （2）栅源击穿电压栅源击穿电压 BVGS取决于栅氧化层和温度 VGS超过一定值（BVGS）时，栅氧化层击穿，栅衬短路，造成永久性损坏。氧化层击穿的临界电场:21. 0oxBTEnmTox200100)80(nmTox时，EB与TOX无关，BVGS与TOX成正比

20、。vMOS电容的两个特点： 一.绝缘电阻非常高；二.电容量很小。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-19-MOSFETMOSFET直流参数与温度特性直流参数与温度特性1）阈值电压阈值电压VTFpBSFpASOXOXOXMSSTVVqNCCQVV222121（第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性ln)2(2)2(22)2(2)2(2221212121VCABSFpOXASFpBSFpOXASTNNNqk

21、VCqNdTdVCqNdTdVqENNNqkTeNNNqkTnNqkTgVCAkTEVCAiAFpg2lnlnln)2/(3) 在-55C 125 C时，VT与T成线性关系(2) VBS的引入使 减小dTdV)(02沟道ndTdVNNNTAVC(1)半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-20-2 2）饱和漏极电流饱和漏极电流I IDSSDSS 对于耗尽型MOSFET，VGS=0（导通），VDS足够大时的漏电流饱和值称为饱和漏极电流 IDSS。22TOXDSSVCLzILZIDSSOXDSSTI1截

22、止漏极电流截止漏极电流-增强型MOSFET，VGS=0，VDS0时，源漏区之间电流ID0,这个电流叫截止漏极电流。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性221)(DSDSTGSOXnDVVVVCLZIvN-MOSFET在非饱和区:dTdVVCLZdTdVVVVCLZdTdITDSOXnnDSDSTGSOXD221)(/VT后，源漏区之间的半导体表面将形成沟道。如果VGS增加饱和时电子将由源区流入沟道，使沟道内的电子电荷增加。可把这一过程看做是通过电阻Rgs对栅极与沟道间电容的充电。当饱和时, CG=2ZLCOX/3, Cgd=0, Cgs=2ZLCOX/3半导体器件

23、原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-26-2）寄生参数寄生参数N+N+SDGCgsCgd 版图设计时须使金属栅极与源漏区有重叠,则形成寄生电容Cgs，Cgd。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性MOSFET中高频主要参数RS和RD分别代表源漏极的寄生串联电阻。均有三部分组成：金属与源、漏区的接触电阻；源、漏区的体电阻；当电流从源、漏区流向较薄的反型层时，与电流流动路线的聚集有关的电阻，即“扩展电阻”效应。半导体器件原理2009.06.22Institute of Microe

24、lectronics Circuit & System-27-3）频率特性频率特性vMOS中的电容、载流子渡越沟道时间，这些使MOSFET存在频率使用限制。第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性(1)跨导截止频率跨导截止频率GSDVGSDmVIVIgDSVgsigCgsCgsRgsCgdgsmg)(rdsRLidMOSFET线性放大器的基本电路低频时低频时: VGS使Cgs两端感应出符号相反的电荷,沟道电荷随栅压改变,产生I。gsgsmGSGSGSDGSDmRCjgVVVIVIg1)(GSgsgsGSVRCjV)1 (高频时高频时:半导体器件原理2009.0

25、6.22Institute of Microelectronics Circuit & System-28-2)(4151LVVRCTGSngsgsgm 下降到低频值频率的 时的频率。)(mg21第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性v跨导截止频率跨导截止频率（2）最高工作频率最高工作频率1222gsgsCR)1 (1gdVgsgsggsinCACCjivZ)1 (gdVgsgsinCACCC栅极电流的小信号高频分量为：设,则输入阻抗为输入电容为：)1 (1gdVgsgsgsgsgsgCjACRjCjCjvi)1 (VAgdgdCC密勒效应密勒效应：在放大电

26、路中，电容 等效到输入端时扩大到 倍的现象。半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-29-v最高工作频率最高工作频率定义：输入电流上升到正好等于电压控制电流源电流时的频率为MOSFET的截止频率，表示为fT（ ）。T)(2321222LVVCgfTGSngsmsTTgsmsgsTgsvgvC第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-1.MOSFET的基本特性（3 3）改善频率特性的方法改善频率特性的方法减小寄生电容Cgs、Cgd,由于密勒效应的存在 ，尤其减小Cgd。选用高迁移率衬底材料，选用提高沟道

27、迁移的结构（100）方向。缩小沟道长度L，提高VGSv最大功率增益与最高振荡频率、沟道渡越时间最大功率增益与最高振荡频率、沟道渡越时间半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-30-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管MOSFET的开关特性的开关特性MOS IC优点:功耗小、集成度高功耗小、集成度高-1.MOSFETMOSFET的基本特性功耗要小、输出摆幅要大:负载电阻要大1)MOS倒相器定性描述倒相器定性描述v为了减小倒相器导通时的输出电流，要求负载管的跨导小些； 为了减小倒相器导通时的输出电压，

28、要求倒相管的跨导大些。半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-31-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管2) 单沟道单沟道MOS集成倒相器集成倒相器-1.MOSFETMOSFET的基本特性v缺点:功耗与开关时间矛盾; 倒/负管跨导不同,图形尺寸大小不同; 倒相管导通时负载管也导通,电路中流过较大电流.v设想设想: 如果使电路在导通和截止时均能使倒相管与负载管中的一个导通另一个截止，就能减小静态功耗；同时若跨导都很大，等效电阻小，便能缩短充放电时间，提高开关速度。这便是-TBDDmlVVgmlLTB

29、DDmlDgRVVgI22222121TBDDTBDDDDVVVVVITBDDmDmlononmDDVVggVVgI2半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-32-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管3) 互补互补(C)MOS集成倒相器集成倒相器-1.MOSFETMOSFET的基本特性v优点:倒相器导/截态，均为一管截止另一管线性工作区,只有很小漏电流,功耗很小; 两管跨导均可较大,使导通等效电阻小些,以缩短开关时间,并使总功耗很小。v负载管n衬底接高电位倒相管p衬底接低电位,两衬底之间反偏,自动

30、隔离。vVGS=0,倒相器处于截止态。 VGS0,倒相器处于导通态。半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-33-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管第二节第二节 短沟道效应短沟道效应v短沟道效应短沟道效应: 沟道长小到可以和漏结源结耗尽层宽相比拟时,阈电压下降跨导下降沟道夹不断Poon-yan模型电荷分享模型电荷分享模型v终止于栅下空间电荷区的电力线将有一部分发自于源和漏区。*AjAGATQQQ沟道耗尽区总电荷受栅极控制的受源漏区控制的v阈电压的变化阈电压的变化1)短沟道效应短沟道效应长沟道时:

31、FPoxFPAoxoxmsTCQCQV2)2(2/ 1max)4(FPAsdAANqxqNQ半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-34-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-2. .短沟道效应短沟道效应v减轻阈电压沟道效应的措施减轻阈电压沟道效应的措施:结深栅氧化层厚衬底掺杂*2121ATATAGQLLQLLLQAjdjQxxLx12112/1max对阈电压有贡献的沟道耗尽区电离受主电荷面密度平均值:AAGAGQLLZLQQ21*1/2122/1maxjdjxxxLFpoxAoxoxmsTCQf

32、CQV2短则VS=0,VB=0时:12112/1maxjdjxxLxf半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-35-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管2) 窄沟道效应窄沟道效应 MOSFET沟道宽度Z很小时，阈电压VT 随Z的减小而增大。-2. .短沟道效应短沟道效应v实际栅电极总有一部分要覆盖在沟道宽度以外的场氧化层上,并在场氧化层下的衬底表面也会产生一些耗尽区电荷。v由VGS引起的扩展区2Z内的电离受主杂质折算到宽度为Z的沟道耗尽区中,使沟道耗尽区平均电离杂质电荷面密度变为:ZZQQAAG/

33、21FpoxAoxoxmsTZZCQCQV221窄则窄沟道MOSFET的阈电压为:半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-36-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管v漏诱生势垒降低效应漏诱生势垒降低效应-2. .短沟道效应短沟道效应1)表面表面DIBL效应效应 VFBVGSVT, 源漏区间势垒高度表面的低于体内的,电子从源区注入沟道及在沟道内的流动都发生在表面,形成亚阈电流IDsub。(1)随沟道长L缩短,亚阈电流增加; (2)亚阈电流一直随VDS增加而增加,VT减小;(3)VGS对IDsub控制

34、能力变弱，使MOSFET难以截止。2）体内体内DIBL效应效应 VGSVFB，VDS不太大，源漏区间势垒高度表面的高于体内,电子从源区注入沟道及在沟道内流动都发生在体内,形成穿通电流。v以n-MOSFET为例：长沟道的VDS全降在漏结上。v短沟道时，源于漏的电力线将有一部分贯穿沟道区终止于源区，使源漏区间的势垒高度降低，称为漏诱生势垒降低漏诱生势垒降低效应（效应（DIBL）。半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-37-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管v热载流子效应热载流子效应-2. .短沟道

35、效应短沟道效应-在强电场作用下,电子在两次碰撞之间会加速到比热运动速度高许多倍的速度,由于动能很大而称为热电子热电子,从而引起“热电子效应热电子效应”。v改进：改进：(1)两次离子注入; (2)外加衬底偏压。v问题问题：穿通电流受VGS控制弱；VDS很大时将导致穿通击穿。v热载流子：热载流子：能量比费米能级大几个 kT 以上的载流子(1)横向电场Ey足够大时, 沟道电子在纵向电场作用下注入到栅氧化层中;A(3)耗尽区内热激发产生电子-空穴对;C(2)漏区附近强电场Ey使高能电子碰撞电离产生电子-空穴对; B短沟道MOSFET中产生IG的原因半导体器件原理2009.06.22Institute

36、of Microelectronics Circuit & System-38-第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管v栅氧化层中电子积累的影响栅氧化层中电子积累的影响:-2. .短沟道效应短沟道效应v 沟道热电子效应为主。(1)VT正漂; (2)跨导gm下降; (3)亚阈电流IDsub增大。(1)双扩散D-MOSFT; (2)采用偏置栅结构; (3)埋沟结构。v产生沟道热电子的原因是漏区附近极高的横向电场的存在。抑制热产生沟道热电子的原因是漏区附近极高的横向电场的存在。抑制热电子效应的措施电子效应的措施:v 沟道长度越短,热电子效应越严重。v IG的出现表征着热电子效应的存在,且IG

37、的大小可用来衡量热电子效应的大小。半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-39-第三节第三节 微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向MOSFET的发展方向的发展方向第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管vMOSFET的发展方向的发展方向:沟道长度L不断缩短*优点优点: 对于分立器件可提高跨导和最大工作频率，对IC可以提高速度、增大集成度和降低功耗。*缺点缺点: 阈电压下降；阈电压不稳及跨导退化。KTTOXOXv改进改进恒场按比例缩小恒场按比例缩小 当MOSFET沟道长度缩短时,器件的其他各种横向和

38、纵向尺寸以及电压也按一定的比例缩小。KZZ KLL KVVGSGSKxxjjAAKNNKVVBSBSKVVDSDS半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-40-栅氧化层与半导体界面处的栅氧化层与半导体界面处的纵向电场强度不变纵向电场强度不变;沟道沟道横向电场强度不变横向电场强度不变;耗尽区内电荷面密度不变耗尽区内电荷面密度不变;第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向阈电压阈电压 VT=VT/K;最高工作频率最高工作频率 fT=KfT;功耗功耗 缩小缩小1

39、/K2;门延迟门延迟 缩小缩小1/K;v优点优点:面积小面积小、速度快速度快、功耗低功耗低。跨导不变跨导不变;半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-41-vMEMS技术技术第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管-3.微电子器件的发展方向微电子器件的发展方向 21世纪微电子的核心技术：系统级芯片（SOC） MEMS概念 ： MEMS(Micro-electro-mechanical systems) 即微电即微电子机械系统子机械系统 是微电子技术与机械、光学等领域的结合，是微型SOC系统。 与其它MEMS的通信/接口(光/电/磁)力光声温度化学其它传感器执行器运动能量信息其它模拟信号处理数字信号处理模拟信号处理半导体器件原理2009.06.22Institute of Microelectronics Circuit & System-42-第三章第