微電子器件(4-4)

1、 本節(jié)以前的漏極電流公式只適用于本節(jié)以前的漏極電流公式只適用于 VGS VT ，并假設當，并假設當 VGS VT 時時 ID = = 0 。但實際上當。但實際上當 VGS VT 時，時，MOSFET 仍能仍能微弱導電，這稱為微弱導電，這稱為 。這時的漏極電流稱為。這時的漏極電流稱為，記為，記為 。 使硅表面處于本征狀態(tài)的使硅表面處于本征狀態(tài)的 VGS 稱為稱為 ，記為，記為 。當。當 VGS = = Vi 時，表面勢時，表面勢 S = = FB，能帶彎曲量為，能帶彎曲量為 q FB，表面，表面處于處于 。 當當 Vi VGS VT 時，時， FB S 2 FB，表面處于，表面處于 ，反型層中的

2、少子（電子）濃度介于本征載流子濃度與襯底平衡反型層中的少子（電子）濃度介于本征載流子濃度與襯底平衡多子濃度之間。多子濃度之間。 在亞閾區(qū)，表面弱反型層中的電子濃度較小，所以漂移電在亞閾區(qū)，表面弱反型層中的電子濃度較小，所以漂移電流很小；但電子濃度的梯度卻很大，所以擴散電流較大。因此流很小；但電子濃度的梯度卻很大，所以擴散電流較大。因此在計算在計算 IDsub 時只考慮擴散電流而忽略漂移電流。時只考慮擴散電流而忽略漂移電流。ynqDJddnDsubynZbqDIddnDsub式中，式中，SDSSp0p0(0)exp,( )expqVqnnn LnkTkTLLnnZbqD)()0(n kTqNnF

3、PAp02exp 設溝道上下的縱向電勢差為設溝道上下的縱向電勢差為 ( kT/ /q ) ，則溝道厚度，則溝道厚度 b 可表為可表為xqEkTb 根據高斯定理，根據高斯定理，1122A SSAAAsssADS22()xqNQqNEqNqNC 于是可得溝道厚度為于是可得溝道厚度為ASD)(qNCqkTb 式中式中 CD 為溝道耗盡區(qū)的單位面積為溝道耗盡區(qū)的單位面積 電容，電容，21SAsSD2)(qNC 將將 n(0)、n(L) 和和 b 代入代入 中，得中，得 kTqVkTqnqNCqkTqDLZIDSS0pASDnDsubexp1exp)(2SDSFPnDS2()expexp1 expqqV

4、qZkTCLqkTkTkT 表面勢表面勢 S 與柵源電壓與柵源電壓 VGS 之間的關系可表為之間的關系可表為nVVCCVVTGSFP1OXSDTGSFPS2)(12式中，式中，OXSD)(1CCnDsubn(0)( )nn LIZbqDL 由于由于 FB S 2 FB ，CD( S ) 中的中的 S 可取為可取為 1.5 FB 。 于是得到亞閾電流的表達式為于是得到亞閾電流的表達式為kTqVnVVkTqqkTCLZIDSTGS2SDnDsubexp1exp)( IDsub 與與 VGS 之間為指數關系，當之間為指數關系，當 VGS = = VT 時時 IDsub 0； 當當 VDS = = 0

5、 時時 IDsub = = 0；當；當 VDS 較小時，較小時，IDsub 隨隨 VDS 的增大而的增大而增大；但是當增大；但是當 后，后，IDsub 變得與變得與 VDS 無關，即無關，即 IDsub 對對 VDS 而言會發(fā)生飽和。而言會發(fā)生飽和。qkTVDS kTqVnVVkTqqkTCLZIDSTGS2SDnDsubexp1exp)(ASD,)(NC即OXOX,TC即 亞閾區(qū)的轉移特性斜率的倒數稱為亞閾區(qū)的轉移特性斜率的倒數稱為亞閾區(qū)柵源電壓亞閾區(qū)柵源電壓擺幅，記為擺幅，記為 S ，即，即qkTCCqnkTIVSOXSDDsubGS)(1)(lndd S 的意義：使的意義：使 IDsub

6、 擴大擴大 e 倍所需的倍所需的 VGS 的增量。的增量。 對于作為開關管使用的對于作為開關管使用的 MOSFET，要求，要求 S 的值要盡量小。的值要盡量小。減小減小 S 的措施是的措施是 2Dsat1GS1T2IVV 將測量獲得的將測量獲得的 VGS1、IDsat1、VGS2 和和 IDsat2 作為已知數，通過作為已知數，通過求解上述聯立方程，可解出求解上述聯立方程，可解出 和和 VT 。2Dsat2GS2T2IVV 由由 可知可知 ， 與與 為線性關系。為線性關系。測量測量 MOSFET 在飽和區(qū)的在飽和區(qū)的 關系并繪成直線，其在關系并繪成直線，其在橫軸上的截距即為橫軸上的截距即為 VT ，如下圖所示，如下圖所示，2TGSsatD2VVIDsatIGSVDsatI1DsatI2DsatIGSV2GSV1GSVTV2斜率0DsatGSIVDsatGSIV 但此法的誤差較大，特別是對但此法的誤差較大，特別是對 值不同而其它方面全部相值不同而其它方面全部相同的同的 MOSFET 會測出不同的會測出不同的 VT 值。值。 類似于測量類似于測量 PN 結的正向導通電壓結的正向導通電壓 VF 或擊穿電壓或擊穿電壓 VB ，將，將漏極電流達到某一規(guī)定值漏極電流達到某一規(guī)定