第7章MOS场效应晶体管.ppt

2.强反型条件 2.强反型条件 上述4种电荷的作用统归于Qox——等效电荷 电荷本身与半导体表面的距离不同，对表面状态的影响也不同。距离越近，影响越强。故等效为界面处的薄层电荷 由VT、Qox及N的共同作用使器件呈增强型或耗尽型 对n-MOS：Qox若较大，则易为耗尽型。欲得增强型，需控制Qox，并适当提高衬底浓度 对p-MOS：VT总是负值，易为增强型。欲得耗尽型，需采用特殊工艺或结构，如制作p预反型层，或利用Al2O3膜的负电荷效应，制作Al2O3 /SiO2复合栅等。 与双极器件相比： MOSFET为多子器件，因其沟道迁移率随温度上升而下降，在大电流下沟道电流具有负的温度系数。这种电流随温度上升而下降的负反馈效应使MOS器件不存在电流集中和二次击穿的限制问题。 在小信号下，MOS器件的输出电流id与输入电压ug呈线性关系，而双极型器件电流与电压呈指数关系变化。故其可在足够宽的电流范围内用作线性放大器。 MOS器件输入阻抗高，作功率开关时需要的驱动电流小，转换速度快；作功率放大时增益大且稳定性好。 MOSFET的不足之处在于饱和压降及导通电阻都较双极器件大。解决这方面的问题将是发展MOSFET的努力方向。 跨导（截止角频率）从电压对电流的关系（电压放大系数）定义标准 截止频率从电流对电流的关系定义标准，要计入3个电容 但是，它们都是Cgs上电压ug随频率的变化关系的反映，仅角度不同， 寄生参数的影响：3个电容 —并联在输入端，对Cgs起分流作用，帮助Cgs增大ig —并联在输出端，对输出电流起分流作用，gmsug的一部分流过该电容，使id减小 —连接在输入、输出端之间，使输入电容为 密勒效应 3、最高振荡频率fM Cgs Rgs RL=rds rds gmsug + - us ug + - 计算fM的等效电路 ig id id/2 当功率增益Kp=1时对应的频率为最高振荡频率fM 当输入、输出端均共轭匹配，且认为反馈电容 时，有最大功率增益。 ug 可见，随频率上升，KP下降。当KP=1时，对应的 定义为最高振荡频率 Cgs：减小，容抗上升，ug增大，使有效输入功率增大 gms：增大，同样输入条件下，输出电流增大 rds：增大，提高负载电阻（输出阻抗），同样电流下，功率提高 Rgs：减小，提高ug，提高输入效率 4、沟道渡越时间t 指载流子从源扩散区到达漏扩散区所需时间。 沟道中各处电场不同 忽略了QBmax随y的变化 §7.5 MOSFET频率特性 三、提高MOSFET频率性能的途径 1、提高迁移率 2、缩短沟道长度 3、减小寄生电容 §7.5 MOSFET频率特性 三、提高MOSFET频率性能的途径 1、提高迁移率 ①改进工艺：MOST的表面迁移率与SiO2-Si界面及其附近的带电中心、缺陷以及界面平整度密切相关，若采用合理的工艺，以获得低界面电荷、高平整度的优质栅氧化层，将会使表面迁移率大为提高。 ②采用高迁移率材料：最有希望的材料是InP和GaAs。InP薄膜中的电子场效应迁移率的实测值高达7350cm2／Vs。GaAs带隙宽，其电子迁移率也很高，然而其相当高的界面态电荷密度又使其应用受到限制。利用Si3N4 膜做栅绝缘层可大大降低界面态密度。 ③尽可能采用n沟MOSFET结构，mnmp §7.5 MOSFET频率特性 三、提高MOSFET频率性能的途径 1、提高迁移率 ④采用埋沟结构：利用体内迁移率高于表面迁移率的特点，将导电沟道从表面移至体内。 导电沟道层用外延或离子注入法形成。MOST工作时，栅压使沟道最表面耗尽(甚至反型)。栅压变化时表面耗尽层宽度改变，导电沟道截面随之变化，从而调制漏极电流。可见，埋沟MOST的工作原理与JFET 或MESFET十分相似。埋沟器件一般工作于耗尽模式，但也可工作于增强模式。 §7.5 MOSFET频率特性 三、提高MOSFET频率性能的途径 2、缩短沟道长度 Lateral Double Diffused MOSFET V-Groove MOSFET 先后进行p及n+扩散，L取决于两次扩散结深之差 轻掺杂漂移区有利于提高漏极耐压 §7.5 MOSFET频率特性 三、提高MOSFET频率性能的途径 3、减小寄生电容 §7.6 MOSFET功率特性和功率MOSFET结构 §7.6 MOSFET功率特性和功率MOSFET结构 一、MOSFET的功率特性 1、MOSFET的高频功率增益 2、输出功率和耗散功率 3、MOSFET的安全工作区(SOA) §7.6 MOSFET功率特性