金属氧化物半导体场效应晶体管基础

金属氧化物半导体场效应晶体管基础第1页/共45页11.1双端MOS结构第2页/共45页11.1.1能带图第3页/共45页多子积累：1）能带（向上）弯曲并接近EF；2）多子（空穴）在半导体表面积累，越接近半导体表面多子浓度越高。图11.4p型衬底MOS电容器的能带图(a)加负栅压第4页/共45页多子耗尽：1）表面能带向下弯曲；2）表面上的多子浓度比体内少得多，基本上耗尽，表面带负电。图11.4p型衬底MOS电容器的能带图(b)加小正栅压第5页/共45页少子反型：1）Ei与EF在表面处相交（此处为本征型）；2）表面区的少子数>多子数——表面反型；3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。图11.4p型衬底MOS电容器的能带图(c)加大正栅压第6页/共45页图11.4p型衬底MOS电容器的能带图第7页/共45页图11.7n型衬底MOS电容器的能带图(a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压第8页/共45页11.1.2耗尽层厚度第9页/共45页第10页/共45页11.1.3功函数差第11页/共45页图11.13p型衬底MOS结构加零栅压时的能带图(a)n多晶硅栅(b)p多晶硅栅第12页/共45页复合系数复合系数包含表面效应图11.14n型衬底MOS结构加负栅压时的能带图第13页/共45页第14页/共45页10.3.3小结复合系数基极输运系数发射极注入效率共基极电流增益共射极电流增益11.1.4平带电压第15页/共45页11.1.5阈值电压阈值反型点：第16页/共45页第17页/共45页11.1.5电荷分布第18页/共45页11.2电容-电压特性11.2.1理想C-V特性多子堆积MOS电容：第19页/共45页多子耗尽MOS电容：阈值反型点最小电容：第20页/共45页少子反型MOS电容：平带电容：第21页/共45页图11.27p型衬底MOS电容器C-V特性图11.28n型衬底MOS电容器C-V特性第22页/共45页11.2.2频率特性第23页/共45页11.2.3固定栅氧化层和界面电荷效应第24页/共45页11.3MOSFET基本工作原理11.3.1MOSFET结构n沟道增强型n沟道耗尽型p沟道增强型p沟道耗尽型第25页/共45页11.3.2电流-电压关系第26页/共45页第27页/共45页图11.41n沟道增强型MOSFETI-V特性曲线第28页/共45页非饱和区：饱和区：第29页/共45页11.3.3电流-电压关系---数学推导假设：1.沟道中的电流是漂移而非扩散产生2.栅氧化层中无电流3.利用沟道缓变近似4.任何固定氧化层电荷等价于在氧化层-半导体界面处的电荷密度5.沟道中载流子迁移率为常数第30页/共45页复合系数电荷中和高斯定理总电荷数第31页/共45页因为合并(11.50)(11.53)和（11.54）第32页/共45页代入(11.45)第33页/共45页第34页/共45页p沟器件第35页/共45页11.3.4跨导非饱和区饱和区第36页/共45页11.3.5衬底偏置效应第37页/共45页第38页/共45页饱和区：11.4频率限制特性11.4.1小信号等效电路第39页/共45页G-P模型相对于E-M模型考虑了更多的物理特性第40页/共45页11.4.2频率限制因素与截止频