《薄膜SOIMOSFET的阈值电压推导》由会员分享，可在线阅读，更多相关《薄膜SOIMOSFET的阈值电压推导（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、薄膜SOI MOSFET勺阈值电压推导学号：GS12062436 姓名：薛召召对于长沟道SOI MOSFET器件阈值电压模型的推到我们先从部分 耗尽SOI MOS器牛来开始分析，部分耗尽 SOI MOS器牛的阈值电压与 体硅器件类似，NMOSFE的阈值电压V通常定义为界面的电子浓度等 于P型衬底的多子浓度时的栅压。可以由下式给出：VT 二 “MS 2f(1)COX式中叮MS是多晶硅栅和硅衬底的功函数之差的电压值，q是电子电荷， Nsub是衬底掺杂浓度，叮-F = (kT/q)ln(Nsub/nJ , Qdep是耗尽区的电荷，cox 是单位面积的栅氧化层电容。由pn结理论可知，Qdep = J4
2、qj|FNsub , 其中；si表示硅的介电常数。对于全耗尽N沟道SOI器件的阈值电压可以通过求解泊松放出得到。对于长沟道器件考虑一维泊松方程和耗尽近似，X为垂直表面的方向，如图1所示，有qNA(2)#将上式积分两次，并考虑到边界条件，可以得到以硅膜中深度x的函数形式(x)表达的电势：(x)吩八壬_驴)tsi(3)#其中；sf和秫分别是正背面Si-SiO2界面处的表面势，如图1所示#(8)0X1图1 全耗尽SOI器件在两种不同的背栅偏压下，当Vgs=VT时，硅膜、正、背栅氧化层中的电势分布。X1是最小电势位置处，从x=0到X=X1之间的耗尽层厚度由正面栅压控制，从X=X1到背面Si-SiO2界
3、面之间的耗尽层厚度由背栅压控制。左右的阴影面积分别代表栅氧化层和隐埋氧化层对于(2)式积分一次，可得到硅膜中的电场分布为E(x) - -qNA x _ ( sb 一 sf - qNAtsi)si由上式可以得到x=0处的正表面势Esf为:tsISI(5)(11)#(8)(11)#(8)在正界面处用高斯定理可得正面栅氧化层上的电压降Voxf为:Voxf =名si Esf Qoxf QnvfCox(6)(11)#(8)(11)#(8)式中Qoxf是正面SI-SIO2界面的固定电荷密度，Qinvf是正面沟道反型电荷。在背界面应用高斯定理，并由式(5)可得到隐埋氧化层上的电压降Voxb 为:V；si E
4、sf qNAtsi Qoxb QsbVoxbCCbox式中Qsb是背界面处于反型或积累状态时的背沟道电荷密度。正、背面栅电压Vgs和Vbg分别可以表示为%s 二 sf - Vxfmsf ，二 sb Vxbmsb式中msf和msb为正背面功函数差。将式(5)、式(6)、式(8)联立可得到正面栅电压和表面势之间的关系为(9)(11)#(8)(11)#(8)式中Csi,tsiQdep =(-qNAtsi)是硅膜中的耗尽层电荷。类似的我们也可以得到背栅偏压Vbg和表面势之间的关系式QoxbCboxCJ - Sf -Cox(1CsiCbox)sb(10)(11)#(8)式(9)、式(10)反映了全耗尽S
5、OI MOSFE中正背栅之间的耦合作用 联立这两个式可得到器件的阈值电压和栅偏压及其他器件参数之间 的关系。F面开始讨论背界面处于不同状态时的全耗尽SOI MOSFET勺阈值电压表达式：当背面处于积累状态时，九近似为零伏，相应地sb=0 , Qnvf=0,sf -2 f，代入式(9)可得到阈值电压Vt(积累)为Vt(积累)=msf2of(1 2)2 QdepCoxCox2Cox当背界面处于反型状态时,；：sb近似为2 ,相应地;：s2 f ,(11)#(8)Qinvf =0, ；：sf =2 f，代入式(9)可得到阈值电压Vt(反型)为Vt (反型)=msf -Q1 收一宴(12)Cox2Co
6、x当背面处于耗尽状态时，二和背栅压Vbg有关。对于背界面达到积累状态(正界面处于开启状态)所需的背栅偏压值Vbg,acc，可令sf=2， sb =0和Qsb=0，由式(10)得到。对于背界面达到反型状态 所需的背栅偏压值Vbg,inv，则可令sf =2f，、b=2，f和Qsb=0，由式(10) 得到。当 Vbg,acc Vbg :：: Vbg,inv 时，令 %f =2 f 和 Qinvf =0，由式(9)和式 (10)可以得到器件的阈值电压为Vt (耗尽)=Vt (积累)乎耸(Vbg -Vbg,acc)( 13)Cox(Csi Cbox)以上是薄膜SOI MOSFET阈值电压的全部推导过程，包括背面积 累状态，背面反型状态和背面耗尽状态。*作业参考资料：1模拟CMOS!成电路设计 Behzad Razavi著，西安交通大学出版社，2002.72.SOI CMOS术及其应用黄如、张国艳、张兴著，科学出版社，2005.10(11)#
