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　　2、是依靠肖基特势垒来控制沟道的变化。2.5.1 器件结与电流控制原理l1 结型场效应晶体管的结构l用掺杂在n型衬底上构成p+区，从而形成一个pn结。l上下两个p型区联在一起,称为栅极(g: grid)。 lpn结下方有一条狭窄的n型区域称为沟道(channel)，其厚度为d，长度为l，宽度为w。l沟道两端的欧姆接触分别称为漏极(d, drain)和源极(s, source)。这种结构又称为n沟jfet。l2 jfet中沟道电流的特点l1 vgs=0情况下的源漏特性2.5.2 jfet直流输出特性的定性分析l2.5.3 jfet直流转移特性 ids随 vgs变化的情况.vgsl2、特性分析l1.阈

　　5、结构lmosfet: mos field-effect transistorl也叫：绝缘栅场效应晶体管（insulated gate, igfet）l金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(misfet)l电压控制电流场效应晶体管l分为n沟道和p沟道，每一类又分为增强型和耗尽型。1 mosfet结构示意图mos器件的表征：沟道长度沟道长度沟道宽度沟道宽度wl2 mos 结构lmos是采用电场控制感应电荷的方式控制导电沟道.l为了形成电场,在导电沟道区的止面覆盖了一层很薄的二氧化硅层,称为栅氧化层.l栅氧化层上覆盖一层金属铝或多晶硅,形成栅电极.构成一种金属-氧化物-半导体结构,故称为mos结构.目前

　　6、栅极大多采用多晶硅.2.6.2 mosfet工作原理（nmos为例）nmos工作原理vds vgs - vt阈值电压：强反型层形成沟道时的栅源电压vt； (表面反型产生的载流子数目等于衬底多子的数目)线性区(linear region) ：vds = vgs - vt过渡区 ：截止区（cut off）： vgs vt击穿区：pn结击穿；l1 vgs小于等于0的情况:截止区2 沟道的形成和阈值电压:线)、表面电荷减少(施加正电压)图2 表面电荷减少(3)、形成耗尽层（继续增大正电压）图 3 形成耗尽层耗尽层（高阻区）(4)、形成反型层（电压超过一

　　7、定值vt）图 4 形成反型层反型层 表面场效应形成反型层（mos电容结构）l反型层是以电子为载流子的n型薄层,就在n+型源区和n+型漏区间形成通道称为沟道。lvds vds令：k= cox n 工艺因子 cox :单位面积电容； n：电子迁移率 n=k(w/l) 导电因子则：ids=n(vgs-vtn)-vds/2.vds 线性区的电压-电流方程当工艺一定时，k一定，n与（w/l）有关。（2）饱和区：vds22tgsvvndsi l s d vdsvds-(vgs-vt)vgs-vtvgs-vt不变，vds增加的电压主要降在l上，由于ll，电子移动速度主要由反型区的漂移运动决定。所以，将以vg

　　9、衬底偏置（背栅）效应l如果mos管的源区和衬底电压不一致，就会产生衬底偏置效应，会对阈值电压产生影响：其中： 为衬底阈值参数或者体效应系数； 为强反型层的表面势； 为衬底对源区的电压； 为为0时的阈值电压；)(0bsttvvvl1.衬底掺杂浓度是一个重要的参数，衬底掺杂浓度越低，器件的阈值电压将越小l2.栅材料和硅衬底的功函数差的数值对阈值电压有影响。l3.栅氧化层厚度决定的单位面积电容的大小，单位面积栅电容越大，阈值电压将越小，栅氧化层厚度应综合考虑l一般通过改变衬底掺杂浓度调整器件的阈值电压mos晶体管类别按载流子类型分：lnmos: 也称为n沟道，载流子为电子。lpmos: 也称为p沟道

　　12、于栅极材料和衬底材料间的功函数差以及栅氧化层中固定电荷的影响引起的电压偏移。lvs为功函数的影响，qss为氧化层固定电荷密度，cox为单位面积栅氧化层电容（mos电容）21)2(2fffbtvvoxsssfbcqvv2.6.4 mos管的电压oxioxtc0为衬底掺杂浓度为费米电势 subn )(fisubfnninqktoxsubrcqn210)2(为体效应系数l2 阈值电压和衬底电压的关系l3阈值电压和沟道尺寸的关系阈值电压将发生变化加上后若衬底偏压,v)2(bs21bsttvvvlmosfet是一种表面型器件，其工作电流沿表面横向流动，因此其特性和横向尺寸有很强联系。ll越小，ft和 g

　　13、m均越大，且集成度也越高，因此，减小尺寸将有益于mos特性的提高。lmosfet是多子器件，没有少数载流子复合和存储，因此器件速度较高。l提高迁移率n也将使ft和gm提高，采用高迁移率材料做晶体管是方向。lmos晶体管是通过改变外加栅压的大小来控制导电沟道。2.6.5 mos晶体管的特点l由于栅源极间有绝缘介质二氧化硅的隔离,因此呈现纯电容性高输入阻抗。l由于沟道和衬底之间构成pn结.为保证只在沟道中有电流流过,使用时必然使源区,漏区,以及沟道区与衬底之间的pn结处于反偏.这样在同一衬底上形成的多个mos管之间具有自动隔离的效果。l目前用多晶硅取代铝作栅极材料.多晶硅耐高温,可形成自对准工艺，

　　14、掺杂多晶硅又可用途内连线。l为了克服电阻增大导致的布线延迟,又出现了用钨钼及其硅化物作栅极的材料,其电阻率比多晶硅低两个数量级。l2.6.6 mos 晶体管模型和模型参数ll、w 沟道长度和宽度lvto 零偏阈值电压lkp跨导系数（uncox)lgamma 体效应系数lphi费米势llambda 沟道长度调制系数lr（d，s）漏和源区串联电阻lcb（d，s）零偏b-d，b-s结电容lis 衬底结饱和电流lcgso 单位沟道宽度栅覆盖电容lcgbo 单位沟道宽度栅-衬底覆盖电容lpb衬底结接触电势lcj 衬底结零偏势垒电容lmj 梯度因子，rsh薄层电阻l(1)栅自对准工艺 在mos工艺水平中，在栅氧化层上先利用多晶硅制做栅极，在形成源漏区进行扩散或进行离子注入时栅极能起到掩膜的作用，自动保证了栅金属与源漏区的对准问题，此技术称为自对准工艺。 多晶硅栅还可以做互连线,有利于减小集成电路芯片面积,提高集成度。2.6.7 硅栅mos结构和自对准技术lmosfet是单极器件l制造简单,体积小,集成度高l输入阻抗高,允许很高的扇出l可以用做双向开关l可以用做储存器件l噪声小,功耗小,l速度相对较慢2.6.8 高电子迁移率晶体管（hemt）

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