第3章 第1讲 MOS的阈值电压和电流.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,集成电路原理与设计,3.1 MOS,的阈值电压和电流,长沟道,MOS,器件模型,3.1.1 MOS,晶体管阈值电压分析,3.1.2 MOS,晶体管电流方程,3.2.1 MOS,晶体管的亚阈值电流,3.2.2 MOS,晶体管的瞬态特性,3.2.3 MOS,交流模型,3.2.4 MOS,晶体管的特征频率,2,MOS,晶体管的结构,MOS,晶体管的结构,3,MOSFET,的输入、输出特性曲线,4,Switch Model of NMOS Transistor,Gate,Source,(of carriers),Drain,(of carriers),|V,GS,|,|V,GS,|V,T,|,Open(off)(Gate=0),Closed(on)(Gate=1),R,on,5,MOS,晶体管阈值电压分析,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,MOS,器件导通和截止的分界点。,半导体表面达到强反型的栅压,-V,T,S,D,p substrate,B,G,V,GS,+,-,n+,n+,depletion region,n channel,1,、阈值电压公式,(,假设,NMOS,源端和衬底接地,),V,FB,对应,半导体平带电压,V,ox,对应,栅氧化层上的压降,对应,半导体表面耗尽层上的压降,7,F,是衬底费米势,F,=(,kT,/,q,)ln(,N,A,/,n,i,)(NMOS),F,=-(,kT,/,q,)ln(,N,D,/,n,i,)(PMOS),阈值电压：耗尽层压降表面势,S,D,p substrate,B,G,V,GS,+,-,n+,n+,depletion region,n channel,8,Q,BM,/,C,ox,对应栅氧化层上的压降（,NMOS,）,Q,BM,=,2,0,Si,qN,A,(2,F,),1/2,C,ox,=,0,ox,/,t,ox,阈值电压：氧化层压降,9,V,FB,：,半导体平带电压,栅材料和硅衬底之间的,功函数差,栅氧化层中的,可动电荷,和,固定电荷,以及,界面态电荷,外加栅压抵消这部分能带弯曲，使得能带恢复平直，称为,平带电压,V,GS,0,，,Q,ox,0,10,影响阈值电压因素：,1,、栅电极材料,不同栅电极材料同硅衬底之间的功函数差不同,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,11,影响阈值电压因素：,2,、栅氧化层的质量和厚度,栅氧化层中的电荷也会影响阈值电压,栅氧化层的厚度增加，阈值电压增加,Q,Bm,/,C,ox,对应栅氧化层上的压降,Q,Bm,=,2,0,Si,qN,A,(2,F,),1/2,C,ox,=,0,ox,/,t,ox,12,影响阈值电压因素：,3,、衬底掺杂浓度,本征阈值,：理想器件（平带电压为,0,）的阈值电压,增强型器件,要求本征阈值大于平带电压绝对值,提高衬底掺杂浓度可以增加本征阈值,F,=(,kT,/,q,)ln(,N,A,/,n,i,)(NMOS),F,=-(,kT,/,q,)ln(,N,D,/,n,i,)(PMOS),13,2,、体效应对阈值电压的影响,假设衬底和源端等电位,如果衬底和源端之间有电压，阈值电压会发生变化，也称为,衬偏效应,体效应系数,NMOS,器件一般加负的衬底偏压，即,V,BS,0,（,V,G,-,V,T,-,V,D,）0,（,V,G,-,V,T,-,V,S,）0,（,V,G,-,V,T,-,V,D,）0,（,V,G,-,V,T,-,V,D,）0,（,V,G,-,V,T,-,V,S,）,V,T,V,DS,V,GS,-,V,T,V,GS,V,GS,-,V,T,饱和区,V,GS,V,T,V,DS,V,GS,-,V,T,MOS,管的工作状态,42,43,44,工作区,NMOS,PMOS,截止区,V,GS,V,T,V,GS,V,T,线性区,V,GS,V,T,V,DS,V,GS,-,V,T,V,GS,V,GS,-,V,T,饱和区,V,GS,V,T,V,DS,V,GS,-,V,T,45,阈值电压和导电因子的测量,V,T,=V,GS,(I,D,=10,-7,A),导电因子,利用饱和区电流公式,46,作业,1.,什么是阈值电压？影响阈值电压的因素有哪些？,2.,什么是衬偏效应？,3.,4,5,47,