華僑大學(xué)微電子器件與電路試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告IC2019試驗(yàn)4

1、微電子器件與電路實(shí)驗(yàn)（集成）實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)時(shí)間2019.5實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)報(bào)告教師簽字實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)四 集成MOSFET值電壓分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1)計(jì)算機(jī) (2) 操作系統(tǒng)：Centos(3)軟件平臺(tái)：Cade nee Virtuoso (4)工藝模型 TSMC RF0.18um實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握短溝道效應(yīng)和窄溝道效應(yīng)對(duì)MOSFET值電壓的影響2. 掌握垂直電壓和橫向電場(chǎng)對(duì)深亞微米器件閾值電壓的影響3. 掌握溫度對(duì)MOSFET值電壓的影響4. 掌握襯底偏置效應(yīng)對(duì)閾值電壓的影響實(shí)驗(yàn)要求1. 實(shí)驗(yàn)前按要求閱讀器件說明文檔，閱讀實(shí)驗(yàn)操作文檔，熟悉實(shí)驗(yàn)過程及操作步驟2. 實(shí)驗(yàn)過程中按實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求操作、仿真

2、、記錄數(shù)據(jù)（波形）3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)老師檢查、驗(yàn)收，經(jīng)允許后方可關(guān)機(jī)，離開實(shí)驗(yàn)室3、實(shí)驗(yàn)后按要求處理數(shù)據(jù)和波形，回答問題。實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印后，于下次實(shí)驗(yàn)時(shí)間繳交。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)4.1 MOSFET溝道長度對(duì)閾值電壓的影響實(shí)驗(yàn)4.2 MOSFET溝道寬度對(duì)閾值電壓的影響給定W（或L）的器件，對(duì)溝道長 L（或?qū)扺）進(jìn)行DC分析，分析閾值電壓隨 L（或W）漂移特性 實(shí)驗(yàn)4.3 MOSFET的柵源電壓對(duì)閾值電壓的影響給定MOSFET勺源漏電壓和尺寸，對(duì)柵源電壓進(jìn)行DC分析，分析閾值電壓隨 VGS漂移特性實(shí)驗(yàn)4.4 MOSFET的源漏電壓對(duì)閾值電壓的影響給定MOSFET勺柵源電壓和尺寸，對(duì)源漏電壓進(jìn)行DC

3、分析，分析閾值電壓隨 VDS漂移特性實(shí)驗(yàn)4.5溫度對(duì)MOSFEW值電壓的影響給定MOSFET勺偏置狀態(tài)和尺寸，對(duì)溫度進(jìn)行DC分析，分析閾值電壓隨溫度漂移特性實(shí)驗(yàn)4.6襯底偏置對(duì)MOSFET值電壓的影響給定MOSFET勺偏置狀態(tài)和尺寸，對(duì)源端電壓進(jìn)行DC分析，分析襯偏效應(yīng)對(duì)閾值電壓的影響。華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子工程系華僑大學(xué)電子工程系微電子器件與電路實(shí)驗(yàn)（集成）實(shí)驗(yàn)報(bào)告2019LAB4實(shí)驗(yàn)4.1 MOSFET閾值電壓隨溝道長度漂移特性分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?使用MOSFE構(gòu)建MOSFET值電壓隨溝道長度漂移特性測(cè)試電路結(jié)構(gòu) 對(duì)MOSFET勺溝道長度L進(jìn)行DC掃描分析，得到 MOSFE閾值電壓和溝

4、道長度漂移特性特性曲線， 深入了解MOSFE的電學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)器件：TSMC 0.18um工藝混合信號(hào)工藝，MOS溝道長度 L=5um,寬度 W=40unH勺nmos2v和pmos2v器件，連接電路時(shí)，確保器件的源端和襯底端相連，器件偏置在圖4.1所示狀態(tài)。仿真分析：調(diào)用Cade nee Virtuoso ADE 使用Spectre 軟件對(duì)溝道長度 L進(jìn)行DC掃描，范圍從0.18um-20um，輸出MOSFE閾值電壓隨溝道長度漂移特性曲線。 數(shù)據(jù)記錄及處理：【15%】表格4-1 NMOS閾值電壓隨溝道長度漂移特性 （閾值電壓?jiǎn)挝粸?mV,結(jié)果精確到1mV）亞微米和深亞微米級(jí) NMOSFETL(u

5、m)0.180.240.300.360.420.480.540.600.66VTH VTH Vth/ L微米級(jí)NMOSFETL(um)0.801.001.201.401.601.802.02.202.40VTH VTH Vth/ L長溝道 NMOSFETL(um)3.04.05.06.07.08.010.015.020.0VTH VTH Vth/ LPMOS值電壓隨溝道長度漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝粸閙V,結(jié)果精確到1mV）亞微米和深亞微米級(jí) PMOSFETL(um)0.180.240.300.360.420.480.540.600.66VTH VTH Vth/ L微米級(jí)PMOSFETL(um)0

6、.801.001.201.401.601.802.02.202.402018-2019學(xué)年第二學(xué)期實(shí)驗(yàn)四 集成MOSFE閾值電壓分析課程編號(hào)1525596LAB4 Page # / 10華僑大學(xué)電子工程系微電子器件與電路實(shí)驗(yàn)（集成）實(shí)驗(yàn)報(bào)告2019LAB4VTH VTH Vth/ L長溝道PMOSFETL(um)3.04.05.06.07.08.010.015.020.0VTH VTH Vth/ L思考題: 丨2%根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，判斷（a）短溝道器件（L2um） VTH隨L變化【很敏感（大于10mV/um） 不敏感（小于10mV/um）】 【1%根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中測(cè)得MOSFE閾值電壓，回答

7、隨著溝道長度的減小，MOSFE閾值電壓（減小不變?cè)龃螅?【1%閱讀教材11.3.1節(jié)中短溝道效應(yīng)，回答受短溝道效應(yīng)影響，隨著溝道長度的減小，MOSFE閾值電壓（減小不變?cè)龃螅?【1%本實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的閾值電壓隨溝道長度漂移關(guān)系和短溝道效應(yīng)（ 致不一致 _）。 丨3%在現(xiàn)代集成電路工藝中，有兩項(xiàng)工藝步驟可能會(huì)對(duì)器件閾值電壓造成影響（a）45 大傾斜角注入，會(huì)使 MOSFE溝道處部分襯底摻雜濃度增加（b）輕摻雜源漏LDD注入，會(huì)使MOSFE溝道處部分襯底摻雜濃度減小閱讀教材10.1.6內(nèi)容，理論分析這兩項(xiàng)工藝可能對(duì)閾值電壓的影響，然后從實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷， 最終哪項(xiàng)影響比較大。2%閱讀教材11.1.1

8、節(jié)內(nèi)容，使用特殊工藝使短溝道器件閾值電壓增加，有什么的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)4.2 MOSFET閾值電壓隨溝道寬度漂移特性分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?使用MOSFE構(gòu)建MOSFE閾值電壓隨溝道寬度片漂移特性測(cè)試電路結(jié)構(gòu) 對(duì)MOSFET勺溝道長度 W進(jìn)行DC掃描分析，得到 MOSFE閾值電壓和溝道寬度漂移特性特性曲線, 深入了解MOSFE的電學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)器件：TSMC0.18um工藝混合信號(hào)工藝，MOS勾道長度L=0.18um，寬度 W=10un及溝道長度L=2um寬度 W=10umt勺nmos2v和pmos2v器件，偏置在圖 4.1所示條件仿真分析：調(diào)用Cade nee Virtuoso ADE使用Spectre 軟

9、件對(duì)溝道寬度 W進(jìn)行DC掃描，范圍從0.22um-10um,輸出MOSFE閾值電壓隨溝道寬度漂移特性曲線。數(shù)據(jù)記錄：【15%表格4-2 L=0.18um NMOS閾值電壓隨溝道寬度漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝粸?mV結(jié)果精確到1mV）W(um)0.220.30.40.50.60.70.80.91.0VTH VTH Vth/ WW(um)2.03.04.05.06.07.08.09.010.0VTH VTH Vth/ WL=2.0um NMOS閾值電壓隨溝道寬度漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝粸閙V,結(jié)果精確到1mV）W(um)0.220.30.40.50.60.70.80.91.0VTH VTH Vth/ W

10、W(um)2.03.04.05.06.07.08.09.010.0VTH VTH Vth/ WL=0.18um PMOS閾值電壓隨溝道寬度漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝粸?mV結(jié)果精確到1mV）W(um)0.220.30.40.50.60.70.80.91.0VTH VTH Vth/ WW(um)2.03.04.05.06.07.08.09.010.0VTH VTH Vth/ WL=2.0um PMOS閾值電壓隨溝道寬度漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝粸閙V,結(jié)果精確到1mV）W(um)0.220.30.40.50.60.70.80.91.0VTH VTH Vth/ WW(um)2.03.04.05.06.07

11、.08.09.010.0VTH VTH Vth/ W思考題: 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，判斷（a）【1%窄溝道器件（W1um）閾值電壓隨溝道寬度變化【很敏感（大于10mV/um） 不敏感（小于10mV/um）】 【1%根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中測(cè)得MOSFE閾值電壓，回答隨著溝道寬度的減小，MOSFE閾值電壓（減小不變?cè)龃螅?【1%閱讀教材11.3.2節(jié)中窄溝道效應(yīng)，回答受窄溝道效應(yīng)影響隨著溝道長度的減小，MOSFE閾值電壓（減小不變?cè)龃螅?丨1%本實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的閾值電壓隨溝道寬度漂移關(guān)系和窄溝道效應(yīng)（致不一致）。實(shí)驗(yàn)4.3 MOSFET閾值電壓隨柵源電壓漂移特性分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?使用MOSFE構(gòu)建MOSF

12、E閾值電壓隨VGS或VSG）電壓漂移特性測(cè)試電路結(jié)構(gòu) 對(duì)MOSFET勺VGS電壓進(jìn)行DC掃描分析，得到 MOSFE閾值電壓和 VGS漂移特性特性曲線，深入了 解MOSFET勺電學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)器件：TSMO.18um工藝混合信號(hào)工藝， MOS勾道長度 L=0.18um,寬度 W=10um的 nmos2v和pmos2v 器件，連接電路時(shí)，確保器件的源端和襯底端相連。仿真分析：調(diào)用Cade nee Virtuoso ADE使用Spectre軟件對(duì) VG電壓進(jìn)行 DC掃描，范圍從0.3V0.9V , 輸出MOSFE閾值電壓隨VG漂移特性曲線。數(shù)據(jù)記錄及處理：【10.5%表格4-3 NMOS閾值電壓隨柵源

13、電壓漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝籱V,精確到1mV）VGS/VSG0.30.40.50.60.70.80.9VG0.30.40.50.60.70.80.9VTH VTHPMOS值電壓隨柵源電壓漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝籱V精確到1mV）VG0.30.40.50.60.70.80.9VTH VTH思考題:丨2%根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，判斷閾值電壓隨VGS變化【很敏感（大于10mV/V） 不敏感（小于10mV/V） 幾乎不變（約0mV/V）波形記錄：記錄每個(gè) MOS閾值電壓隨 VGS漂移特性曲線，并抓取 VGS=0.5V和0.8V處的VTH 對(duì)應(yīng)nmos閾值電壓隨VGS漂移特性曲線。此處貼波形，注意：背景反成

14、白色波形加粗抓取VGS=0.5和0.8條件下VTHD圖片可沿對(duì)角拉伸（本行可刪除）對(duì)應(yīng)pmos閾值電壓隨VGS漂移特性曲線。此處貼波形，注意：背景反成白色波形加粗抓取VGS=0.5和0.8條件下VTHD圖片可沿對(duì)角拉伸（本行可刪除）實(shí)驗(yàn)4.4 MOSFET閾值電壓隨源漏電壓漂移特性分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?使用MOSFE構(gòu)建MOSFET值電壓隨VDS或VSD）電壓漂移特性測(cè)試電路結(jié)構(gòu) 對(duì)MOSFET勺VD電壓進(jìn)行DC掃描分析，得到 MOSFE閾值電壓和 VD漂移特性特性曲線，深入了解 MOSFET勺電學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)器件：TSMC0.18um工藝混合信號(hào)工藝， MOS勾道長度 L=0.18um,寬度 W=1

15、0um的nmos2v和pmos2v 器件，連接電路時(shí)，確保器件的源端和襯底端相連。仿真分析：調(diào)用Cade nee Virtuoso ADE使用Spectre軟件對(duì) VD電壓進(jìn)行 DC掃描，范圍從0.3V1.5V , 輸出MOSFET值電壓隨VD漂移特性曲線。數(shù)據(jù)記錄：【10.5%2018-2019學(xué)年第二學(xué)期實(shí)驗(yàn)四 集成MOSFET值電壓分析課程編號(hào)1525596LAB4 Page 7 / 10華僑大學(xué)電子工程系微電子器件與電路實(shí)驗(yàn)（集成）實(shí)驗(yàn)報(bào)告2019LAB4表格4-4 NMOS閾值電壓隨源漏電壓漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝籱V,精確到1mV）VDS/VSD0.30.50.7091.11.31.

16、5VD0.30.50.7091.11.31.5VTH VTHPMOS值電壓隨源漏電壓漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝籱V精確到1mV）VD1.51.31.10.90.70.50.3VTH VTH思考題丨2%根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，判斷閾值電壓隨VDS變化【很敏感（大于 10mV/V） 不敏感（小于 10mV/V）幾乎不變（約 OmV/V）】波形記錄：記錄每個(gè) MOS閾值電壓隨 VDS漂移特性曲線，并抓取 VD=0.5V和1.3V處的VTH對(duì)應(yīng)nmos閾值電壓隨VGS漂移特性曲線。此處貼波形，注意：背景反成白色波形加粗抓取VD=0.5和1.3條件下VTH圖片可沿對(duì)角拉伸（本行可刪除）對(duì)應(yīng)pmos閾值電壓隨V

17、DS漂移特性曲線。此處貼波形，注意：背景反成白色波形加粗抓取VD=0.5和1.3條件下VTH圖片可沿對(duì)角拉伸（本行可刪除）2018-2019學(xué)年第二學(xué)期實(shí)驗(yàn)四 集成MOSFE閾值電壓分析課程編號(hào)1525596LAB4 Page 11 / 10實(shí)驗(yàn)4.5 MOSFET閾值電壓隨溫度漂移特性分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?使用MOSFE構(gòu)建MOSFET值電壓隨溫度漂移特性測(cè)試電路結(jié)構(gòu) 對(duì)MOSFE的溫度進(jìn)行DC掃描分析，得到MOSFE閾值電壓和溫度漂移特性特性曲線，深入了解MOSFE的電學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)器件：TSMC0.18um工藝混合信號(hào)工藝， MOS勾道長度L=0.18um，寬度 W=10un及溝道長度L=2um

18、 寬度W=20umt勺nmos2v和pmos2v器件，連接電路時(shí)，確保器件的源端和襯底端相連。仿真分析： 調(diào)用Cade nee Virtuoso ADE 使用Spectre軟件對(duì)溫度進(jìn)行 DC掃描，范圍從-25 C 125 C, 輸出MOSFE閾值電壓隨溫度漂移特性曲線。數(shù)據(jù)記錄：【13%表4-5 NMOS閾值電壓隨溫度漂移特性 （閾值電壓?jiǎn)挝?mV,精確到1mV）溫度-25 C0C25 C50 C75 C100 C125 C10u/0.18uVTH VTH Vth/ T20u/2uVTH VTH Vth/ TPMOS值電壓隨溫度漂移特性（閾值電壓?jiǎn)挝籱V精確到1mV）10u/0.18uVTH VTH Vth/ T20u/2uVTH VTH Vth/ T思考題丨2%根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，判斷閾值電壓隨VDS變化【很敏感（大于0.5mV/C ） 不敏感（小于0.5mV/C ）幾乎不變（約0mV/C ）】波形記錄：記錄每個(gè) MOS閾值電壓隨溫度漂移特性曲線，并抓取對(duì)應(yīng)20u/2u nmos閾值電壓隨溫度漂移特性曲線。0C和 100C處的 VTH。此處貼波形，注意：背景反成白色波形加粗抓取0c和100C條