4.12無結(jié)晶體管

4.12.1無結(jié)晶體管的原理與結(jié)構(gòu)在無結(jié)晶體管中，半導(dǎo)體層必須要既薄又窄，這是因為要關(guān)斷無結(jié)晶體管，需要將其整個溝道全部耗盡，同時無結(jié)晶體管溝道需要重摻雜，這是為了提供更大的器件開態(tài)電流和更低的源漏電阻。Cross-sectionalviewofJLnMOS,JLpMOS,IMnMOS,andAMpMOSsiliconnanowireFETs.無結(jié)雙柵MOS晶體管的能帶圖無結(jié)單柵MOS晶體管的能帶圖(a)耗盡關(guān)斷(b)平帶導(dǎo)通(c)積累導(dǎo)通4.12.2無結(jié)晶體管的閾值電壓閾值電壓定義為晶體管體溝道內(nèi)剛好全部耗盡時的柵電壓。當SOITGJLT工作在亞閾值區(qū)時，它的溝道處于完全耗盡的狀態(tài)。假設(shè)器件整個溝道內(nèi)部為均勻摻雜，忽略溝道內(nèi)載流子電荷對電勢的影響溝道內(nèi)電勢滿足三維泊松方程

設(shè)單側(cè)耗盡層厚度為xd，則由一維泊松方程可得耗盡層電壓降：柵氧化層上電壓降為：Si/SiO2界面電場：由可得求解一元二次方程可得單側(cè)耗盡層厚度xd，得到導(dǎo)電溝道厚度令Qn=0，得到閾值電壓當Vgs>Vfb，進入積累模式，則進入積累模式的閾值電壓可由Qn表達式中令Vgs=Vfb得出對無結(jié)晶體管，導(dǎo)電電荷面密度與柵壓近似為平方根的關(guān)系，這是由耗盡層厚度與偏壓的平方根關(guān)系所決定。而普通反型模式晶體管兩者間是線性關(guān)系，因而無結(jié)晶體管在VG<VFB的低柵壓下柵控能力更弱。此外，無結(jié)晶體管具有雙閾值特性，低閾值控制器件的亞閾值開啟特性，而高閾值用于形成積累層。硅層厚度增加及摻雜濃度增大均會使得無結(jié)晶體管的高低閾值間隔增加，開啟特性退化。下圖給出了上述分析與計算機數(shù)值模擬結(jié)果的比較。圖中，普通反型MOSFET的反型層電荷與柵壓成正比，。而對于無結(jié)晶體管，當柵壓小于閾值電壓VT時，整個硅層耗盡，當柵壓大于閾值電壓VT時，耗盡層厚度開始小于硅層厚度，硅層底部形成導(dǎo)電溝道，電子電荷密度與柵壓為平方根的關(guān)系，如圖中柵壓介于VT和VFB之間的電荷與柵壓關(guān)系所示。當柵壓增加到大于VFB之后，硅層表面形成電荷積累層，電子面密度與柵壓之間回到了式的線性關(guān)系。4.12.3無結(jié)晶體管的直流電流電壓關(guān)系根據(jù)無結(jié)晶體管的雙閾值特性，可知其導(dǎo)電電子電荷密度與柵壓的關(guān)系分為兩個部分，當柵壓小于平帶電壓時是平方根關(guān)系，而當柵壓大于平帶電壓時是線性關(guān)系。因而對應(yīng)的輸出電流表達式也分為兩部分。A、柵壓小于平帶電壓得到與普通反型模式MOS晶體管相似的電流表達式，把Qn（L）=0的漏電