1、3.1 雙端MOS結(jié)構(gòu),1、MOS結(jié)構(gòu)及其場效應(yīng) 2、半導(dǎo)體的耗盡及反型 3、平衡能帶關(guān)系 4、柵壓-平帶電壓和閾值電壓 5、電容（C-V）特性,M,O,S,- V +,a. MOS結(jié)構(gòu),b. 電場效應(yīng),1、 雙端MOS結(jié)構(gòu)及其場效應(yīng),- V +,_ _ _ _ _ _ _,+ + + + + + +,p型,空穴堆積,a. p增強型,+ V -,+ + + + + + +,p型,空穴耗盡,b. p耗盡型,_ _ _ _ _ _ _,+ V -,+ + + + + + +,p型,電子堆積,c. p反型,_ _ _ _ _ _ _,-V,+V,+V,2、 半導(dǎo)體的耗盡及反型,s,表面勢,空穴堆積,

2、電子堆積,- V +,+ + + + + + +,n型,電子堆積,a. n增強型,+ V -,+ + + + + + +,n型,電子耗盡,b. n耗盡型,_ _ _ _ _ _ _,+ V -,+ + + + + + +,n型,空穴堆積,c. n反型,_ _ _ _ _ _ _,+V,-V,-V,2、 半導(dǎo)體耗盡及反型,_ _ _ _ _ _ _,s,表面勢,空穴堆積,電子堆積,2、 耗盡區(qū)寬度,反型 表面導(dǎo)電性增加，屏蔽外加電場，空間電荷區(qū)不能再增大。,耗盡 表面導(dǎo)電性降低，外加電場進一步深入，空間電荷區(qū)增大。,金屬 氧化物 p型半導(dǎo)體,3、 平衡能帶結(jié)構(gòu),真空能級,金屬 氧化物 p型半導(dǎo)體

3、,真空能級,能帶平衡關(guān)系：,總的能帶彎曲等于金屬半導(dǎo)體功函數(shù)差：,金屬 功函數(shù),電子 親合能,3、 柵壓,- VG +,金屬 氧化物 半導(dǎo)體,4、 平帶電壓,金屬 氧化物 半導(dǎo)體,金屬 氧化物 半導(dǎo)體,5、 閾值電壓,金屬 氧化物 p型半導(dǎo)體,金屬 氧化物 p型半導(dǎo)體,5、 閾值電壓,5、 閾值電壓,6、 電荷分布,平帶,耗盡,弱反型,堆積,強反型,注：堆積和強反型載流子增長很快。,7、 MOS電容模型,8、理想 C-V特性,堆積,耗盡,中反型,強反型,低頻,高頻,8、理想 C-V特性,堆積,中反型,強反型,耗盡,低頻,高頻,9、非理想效應(yīng),堆積,反型,低頻,高頻,9、非理想效應(yīng),禁帶中央,閾

4、值,平帶,a. 固定柵氧化層電荷,b. 界面態(tài)效應(yīng),3.2 MOS場效應(yīng)晶體管,1、MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理 2、電流-電壓關(guān)系（定性分析） 3、電流-電壓關(guān)系（定量分析） 4、MOSFET的等效電路 5、MOSFET的頻率限制特性,1、MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理,p,源(S) 柵(G) 漏(D),體(B),p,源(S) 柵(G) 漏(D),體(B),n溝,G,D,S,B,G,D,S,B,（1）N溝增強型,（2）N溝耗盡型,1、MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理,n,源(S) 柵(G) 漏(D),體(B),n,源(S) 柵(G) 漏(D),體(B),p溝,G,D,S,B,G,D,S,B,（3）

5、P溝增強型,（4）P溝耗盡型,1、MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理,p,G,D,S,p,G,D,S,空間電荷區(qū),電子反型層,(a) 柵壓低于閾值電壓： 溝道中無反型層電荷,(b) 柵壓高于閾值電壓： 溝道中產(chǎn)生反型層電荷,2、電流-電壓關(guān)系（定性） （小的漏源電壓作用）,p,G,D,S,電子反型層,2、電流-電壓關(guān)系（定性）,P,耗盡區(qū),氧化層,反型層,P,反型層,P,反型層,線性區(qū),偏離線性,飽和,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,G,D,S,電子反型層,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,金屬,氧化層,P型半導(dǎo)體,（a）電荷關(guān)系,（b）高斯關(guān)系,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,（c）電勢關(guān)系,（d）能量關(guān)系,金

6、屬 氧化物 半導(dǎo)體,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,電流 公式,電荷 關(guān)系,電壓 關(guān)系,閾值 電壓,電流-電壓關(guān)系：,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,電流-電壓關(guān)系： （VGSVT，VDSVDS(sat)）,飽和: （電流達到最大）,飽和電流-電壓關(guān)系：,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,電流-電壓關(guān)系：,飽和:,飽和電流-電壓關(guān)系：,P溝道增強型 MOSFET：,n,G,D,S,P溝道耗盡型 MOSFET：,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,電流-電壓關(guān)系的應(yīng)用（1） 確定閾值電壓和遷移率,（1）低漏源電壓近似： （VDS0）,（2）飽和電流-電壓關(guān)系： （VDS= VDS(sat) ）,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,電流-電壓關(guān)系的應(yīng)用（2） MOSFET的跨導(dǎo),MOSFET跨導(dǎo)的定義:,非飽和區(qū)跨導(dǎo):,飽和區(qū)跨導(dǎo):,線性很好！,3、電流-電壓關(guān)系（定量）,襯底偏置效應(yīng),p,G,D,S,4、小信號等效電路,4、小信號等效電路,柵極：,漏極：,5、頻率限制因素與截止頻率,輸入電流：,截止頻率：,輸出電流：,電流增益：,電壓增益：,6、CMOS技術(shù)