《MOS的阈值电压和电流学习教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MOS的阈值电压和电流学习教案（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、会计学1MOS的阈值电压和电流的阈值电压和电流(dinli)第一页，共42页。2长沟道长沟道MOSMOS器件器件(qjin)(qjin)模型模型3.1.1 MOS晶体管阈值电压分析晶体管阈值电压分析3.1.2 MOS晶体管电流方程晶体管电流方程3.2.1 MOS晶体管的亚阈值电流晶体管的亚阈值电流3.2.2 MOS晶体管的瞬态特性晶体管的瞬态特性3.2.3 MOS交流交流(jioli)模型模型3.2.4 MOS晶体管的特征频率晶体管的特征频率第1页/共41页第二页，共42页。3MOS晶体管的结构晶体管的结构(jigu)MOSMOS晶体管的结构晶体管的结构晶体管的结构晶体管的结构(jigu)(j
2、igu)第2页/共41页第三页，共42页。4MOSFET的输入(shr)、输出特性曲线第3页/共41页第四页，共42页。5MOS晶体管阈值电压分析晶体管阈值电压分析(fnx)阈值电压的定义：阈值电压的定义： 使源端半导体表面达到强反型的栅压，是区分使源端半导体表面达到强反型的栅压，是区分MOS器件器件(qjin)导通和截止的导通和截止的分界点。分界点。第4页/共41页第五页，共42页。6Switch Model of NMOS TransistorGateSource(of carriers)Drain(of carriers)| VGS | VGS | | VT |Open (off) (G
3、ate = 0)Closed (on) (Gate = 1)Ron第5页/共41页第六页，共42页。7阈值电压阈值电压SDp substrateBG VGS + - n+n+depletion regionn channel半导体表面半导体表面(biomin)达到达到强反型的栅压强反型的栅压- VT第6页/共41页第七页，共42页。81、阈值电压公式、阈值电压公式(假设假设(jish)NMOS源端和衬底接地源端和衬底接地) VFB对应半导体平带电压对应半导体平带电压(diny)Vox对应栅氧化层上的压降对应栅氧化层上的压降 对应半导体表面耗尽层上的压降对应半导体表面耗尽层上的压降第7页/共41
4、页第八页，共42页。9F F 是衬底费米是衬底费米是衬底费米是衬底费米(fi m)(fi m)势势势势 F =(kT/q)ln(NA/ni)F =(kT/q)ln(NA/ni) (NMOS) (NMOS)F =-(kT/q)ln(ND/ni) F =-(kT/q)ln(ND/ni) (PMOS) (PMOS) 阈值电压：耗尽层压降表面(biomin)势SDp substrateBG VGS + - n+n+depletion regionn channel第8页/共41页第九页，共42页。10QBM/Cox对应对应(duyng)栅氧化层上的压降栅氧化层上的压降（NMOS）QBM= 20SiqN
5、A(2F)1/2Cox= 0ox /tox阈值电压：氧化(ynghu)层压降第9页/共41页第十页，共42页。11VFBVFB：半导体平带电压：半导体平带电压(diny)(diny)n栅氧化层中的可动电荷和固定栅氧化层中的可动电荷和固定电荷以及界面态电荷电荷以及界面态电荷n栅材料和硅衬底之间的功函数栅材料和硅衬底之间的功函数(hnsh)差差n外加栅压抵消这部分能带弯曲，外加栅压抵消这部分能带弯曲，使得能带恢复平直，称为平使得能带恢复平直，称为平带电压带电压VGS0，Qox0第10页/共41页第十一页，共42页。12影响阈值影响阈值(yzh)(yzh)：1 1、栅电极材、栅电极材料料n n不同栅
6、电极材不同栅电极材料同硅衬底之料同硅衬底之间的功函数差间的功函数差不同不同n n深亚微米工艺深亚微米工艺中分别中分别(fnbi)采用采用n和和p硅栅，硅栅，有利于有利于nmos和和pmos器件器件阈值电压对称阈值电压对称第11页/共41页第十二页，共42页。13影响阈值影响阈值(yzh)(yzh)：2 2、栅氧化层、栅氧化层n n栅氧化层栅氧化层的厚度增的厚度增加加(zngji(zngji) )，阈值，阈值电压增加电压增加(zngji(zngji) )n n栅氧化层栅氧化层中的电荷中的电荷也会影响也会影响阈值电压阈值电压QBm/Cox对应对应(duyng)栅氧化栅氧化层上的压降层上的压降 QB
7、m= 20SiqNA(2F)1/2Cox= 0ox /tox第12页/共41页第十三页，共42页。14影响阈值影响阈值(yzh)(yzh)：3 3、衬底掺杂浓度衬底掺杂浓度n本征阈值：理想器件本征阈值：理想器件（平带电压为（平带电压为0）的）的阈值电压阈值电压n增强型器件要求本征增强型器件要求本征阈值大于平带电压绝阈值大于平带电压绝对值对值n提高提高(t go)衬底掺衬底掺杂浓度可以增加本征杂浓度可以增加本征阈值阈值第13页/共41页第十四页，共42页。152、体效应、体效应(xioyng)对阈值电压的影响对阈值电压的影响衬底偏压衬底偏压(pin y)VBS的影的影响响n假设衬底和假设衬底和源
8、端等电位源端等电位n如果衬底和如果衬底和源端之间有源端之间有电压，阈值电压，阈值电压会发生电压会发生变化，也称变化，也称为为(chn wi)衬偏效衬偏效应应第14页/共41页第十五页，共42页。16衬底偏压衬底偏压(piny)VBS(piny)VBS对阈值影对阈值影响响n nNMOS器件一般加负的衬底偏压，器件一般加负的衬底偏压，即即VBS 0（VG-VT-VD） 0（VG-VT-VS） 0（VG-VT-VD） 0（VG-VT-VD）0（VG-VT-VS） VTVDS VGS-VTVGS VGS-VT饱和区VGS VTVDS VGS-VTMOS管的工作管的工作(gngzu)状态状态第36页/共
9、41页第三十七页，共42页。38第37页/共41页第三十八页，共42页。39工作区NMOSPMOS截止区VGS VTVGS VT线性区VGS VTVDS VGS-VTVGS VGS-VT饱和区VGS VTVDS VGS-VT第38页/共41页第三十九页，共42页。40阈值电压和导电阈值电压和导电(dodin)(dodin)因子的测量因子的测量n nVT=VGS(ID=10-7A)n n导电导电(dodin)因子因子n n利用饱和区电利用饱和区电流公式流公式第39页/共41页第四十页，共42页。41作业作业(zuy)(zuy)n n1.影响(yngxing)阈值电压的因素有哪些？n n2.什么是衬偏效应？n n3.第40页/共41页第四十一页，共42页。内容(nirng)总结会计学。第2页/共41页。栅氧化层中的可动电荷和固定电荷以及界面态电荷。不同(b tn)栅电极材料同硅衬底之间的功函数差不同(b tn)。深亚微米工艺中分别采用n和p硅栅，有利于nmos和pmos器件阈值电压对称。栅氧化层的厚度增加，阈值电压增加。QBm= 20SiqNA(2F)1/2。不同(b tn)衬底掺杂浓度下，衬底偏压引起阈值电压的变化。对电流公式进行积分，其中Vc(y)是漏电压沿沟道方向的电压降。导电因子：K因子。3.第四十二页，共42页。
