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场效应晶体管深入第1页/共21页6.1非理想效应6.1.1

亚阈值电导理想和实际电流电压特性弱反型时的能带图第2页/共21页6.1.1

亚阈值电导（a）n沟道MOSFET（b）堆积模式（c）弱反型模式（d）反型模式第3页/共21页6.1.2沟道长度调制效应漏电流反比于沟道长度沟道长度受漏源电压调制第4页/共21页6.1.3迁移率的变化迁移率随栅压变化（速度饱和）沟道中载流子的表面散射第5页/共21页6.1.4速度饱和增大电场载流子速度将达饱和短沟道器件速度饱和效应更显著第6页/共21页6.1.5弹道输运长沟道表面散射短沟道弹道输运沟道长度小于碰撞自由程：（亚微米）第7页/共21页6.2MOSFET按比例缩小理论6.2.1恒定电场缩小器件尺寸和电压等比例缩小；电场（水平和垂直）保持不变。（a）初始NMOS晶体管（b）缩小后的NMOS晶体管漏极耗尽区宽度单位沟道宽度漏电流第8页/共21页6.2.1恒定电场缩小器件尺寸缩小；电场和功率密度不变。器件电流、电压和功耗缩小；器件响应速度提高。第9页/共21页6.2.2阈值电压（一级近似）阈值电压（NMOS）最大耗尽区电荷阈值电压不按比例因子缩小平带电压不按比例因子缩小第10页/共21页6.2.3全部按比例缩小理论恒定电场按比例缩小的问题：阈值电压不按比例因子缩小亚阈值电流不按比例因子缩小外加电压将降低提高电场带来的问题：功率密度增大温度升高，可靠性降低氧化层的绝缘性下降（击穿、隧穿、热电子效应）解决办法：增加电场，提高电压解决办法：全部按比例缩小第11页/共21页6.3阈值电压的修正6.3.1短沟道效应长沟道器件短沟道器件第12页/共21页6.3.1短沟道效应长沟道器件—耗尽区电荷全部受栅压控制短沟道器件—受栅压控制的电荷减少受栅压控制的电荷减少将导致阈值电压的变化第13页/共21页6.3.2窄沟道效应沟道边缘有受栅压控制的附加电荷区附加的空间电荷将导致阈值电压的变化修正因子第14页/共21页6.4附加电学特性*栅氧化层击穿沟道雪崩击穿寄生晶体管击穿漏源穿通效应场效应晶体管的击穿：第15页/共21页6.5结型场效应晶体管*JFET概念电导调制多数载流子工作单极晶体管pn结JFETn沟道JFETp沟道JFETn沟道比p沟道工作频率高第16页/共21页6.5结型场效应晶体管*JFET工作原理：低漏源电压沟道相当于电阻；漏电压增加，空间电荷区扩展，沟道电阻增大；空间电荷区扩展到整个沟道夹断，电流饱和。第17页/共21页6.6高电子迁移率晶体管*6.6.1量子阱结构二维电子气：来自高掺杂半导体区域；位于低掺杂半导体区域；降低了杂质散射；增大了电子迁移率。第18页/共21页6.6高电子迁移率晶体管*6.6.1量子阱结构多层膜结构：增加沟道电子层；增加沟道电子密度；增强FET负载能力。第19页/共21页6.6.2晶体管性能HEM

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