晶体管原理第四章金属-氧化物半导

第四章金属-氧化物-半导所谓“MOS”指的仅是金属－二氧化这一章里始终讨论MOS系统。Metal–Oxide–SemiconductorField-EffectMOSFET的 施加小的正偏栅压后的MOSp型衬底MOS电容器的能 afpVtln a d d

1/ 如果栅压大于这个阈值，导带会轻微地向能级弯曲，荷宽度的改变却是微弱的 4

0N型半导体衬底，衬 势 VlnNd4 1/

n n fn

其中 衬 势=0.347V，N=1016cm-化硅0.9V,Φm’修正的金属功函数-从金属向氧化物导带注入一个电子需要的能量即金属-二氧化硅界面势垒高度；’修正的电子亲和能 零栅压时穿过氧化I

Φm’修正的金属功函数-从金属向氧化物导带注入一个电子需把金属一侧的能级与半导体一侧的能级相加，可以

e

2

('

OX s E

('

g)] n+多晶硅

'Eg('

)]Eg e fp

['(' )] fp

('

并且在Si－SiO2界面处反应生成SiO2，硅原子也Q’氧化层中的单位面积净固定电荷，位于氧化层-零栅压时 VOX0s0GVGVOXs

QQ

0;VO

Q VOQC

Q QC 当平带时，表面势为零ϕS=0，平带电压VG

VFBVOX

msms

压，以VTn沟器件此时ϕS=2ϕfpQmT’VGVOXSVTNVOXT2fp

'Qss'

QsD

eN QmT'

1

'

1Q '

' C C

QSDQSD

VS电压VG降落在半导体表面的部分VFB：平 对于n型衬 1 ' ' CC

QQSD

栅电极栅栅电极栅P型半导强反型时的电荷分QnQB：半导体表面耗尽层中空间电荷QQGQOXQnQB阈值电压（补理想状态MOSFET的阈值电1理想状2.沟道形成时的临界状4.出现强反型后 1 20VS

40

lnNAd

q2 1 i1QB

qNAxdmax20qNAVS4.1.5阈值电压（补

QG

单位

层QGQnQBQOX 刚达到强反型时Q

n

理想下不4.1.5阈值电压（补栅电极栅栅电极栅氧化层P型半QB空间电荷区宽(强反型时可视为Q空间电荷区宽(强反型时可视为12V

4 NxB s

A q2

1QB2s0qNAVS4.1.5阈值电压（补栅电极栅氧栅电极栅氧化层P型半QBVV BC2 qN 12CCOXt单位栅电栅氧厚4.1.5阈值电压（补VGVox 2F

2kTlnNA iT QBT

2F

2qNA2F11

4.1.5阈值电压（补实际MOS结构的特

0,Vms

4.1.5阈值电压（补VGVFBVox

QoxQB

FF

QoxqNAxdmax2kTlnNA V

QoxqNDxd

2kTlnND

4.1.5阈值电压（补

20

1Ad 1A4.1.5阈值电压（补114.1.5阈值电压（补1 1Ad A1 1VTn

Qox12qNVV(y)|

1 1

4.1.5 1Q ' '2CC

QSDQSDC

栅电容4.1.5影响阈值电压的 0 |VT

C

t1 1Q ' '2C C

1Q

' '2

('

('

掺杂浓度影响，浓度升高一个数量级，ϕms减小n+多晶硅

P+多晶硅

fp

1

' '2

1CQSDqNAxdmax20qNA2F1C1QSD20qNA2F1

1Q '

' C C

衬底杂质在1014-1017范围内，与衬 1Q ' '2

QSD QSD C-++P---栅氧化层界面处的反型层电子浓度（p型衬底）为阈值反型点的表面势为φs>2φfp=0.695V。栅氧化层界面处 CC'(acc)CoxMOS电容电压的微小变化导致反型数。得更负。由于它不是栅压的函数，因此C-V特性平移