半導(dǎo)體器件答案

1、半導(dǎo)體器件答案1.簡述MOSFET短溝道效應(yīng)和窄溝道效應(yīng)，它們分別會(huì)對(duì)器件的的哪一個(gè)參數(shù)發(fā)生什么樣的影響？(1)溝道長度方向的尺寸效應(yīng)：當(dāng)溝道長度縮短到與漏源結(jié)深相比擬時(shí)，柵壓所控制的溝道電荷和耗盡層電荷減少。在分析閾電壓時(shí)已經(jīng)得到VtVfb2fQd(4.144)Cox對(duì)于n溝道MOSFETQdqxx,意味著溝道下面的矩型區(qū)域的電荷都是由柵壓所控制的，或者說矩形區(qū)域的電荷對(duì)閾電壓Vt都有貢獻(xiàn)。實(shí)際上，這個(gè)矩型區(qū)域包括了漏源耗盡區(qū)的一部分，如圖4.50所示，柵壓控制的耗盡區(qū)電荷只是梯形區(qū)域的部分。設(shè)對(duì)Vt有貢獻(xiàn)的平均電荷密度為Qg,由圖4.50得到圖4.50溝道方向的小尺寸效應(yīng)使柵極實(shí)際控制的空

2、間電荷減少LLQagqNAxdmax2l(4.145)式中，L為溝道的結(jié)構(gòu)長度，L'為梯形耗盡區(qū)域的底邊長度。令LL=L，則由圖4.50得到L22.1/22-(Xjxdmax)xdmaxxj于是，(4.145)式可以表示為(4.146)Qi2xdmax1/2AGqNAxdmax(1(1)1Lxj(4.147)當(dāng)L>>Xj時(shí)，QagQd,否則，|Qag|Qd|o從(4.144)式可以看出，對(duì)于n溝道MOSFET溝道方向的尺寸效應(yīng)使閾電壓Vt降低。(2)窄溝道效應(yīng)MOSFETF,血圖剖面圖AHfdrux'圖4.51溝道寬度方向的窄溝道效應(yīng)，柵壓控制的耗盡區(qū)電荷增加在溝道

3、的寬度方向，由于耗盡區(qū)的擴(kuò)展，柵壓控制的襯底耗盡區(qū)電荷比柵下的矩形區(qū)域的電荷多。如圖4.51,將WTJ向的擴(kuò)展以1/4園柱近似，則電荷密度的平均增加量為x2I(4.148)(4.149)QxdmaxqNA2WLQQdxmax-W2式中Qd是不考慮尺寸效應(yīng)時(shí)柵壓所控制的耗盡區(qū)電荷密度。由(4.144)式可以看出，窄溝道效應(yīng)使閾電壓Vt增加。2、定性闡述MOSFET基本工作原理。對(duì)于較小的VDS,當(dāng)VgS<Vt時(shí)，漏電流為零。當(dāng)VGS>Vt時(shí)，反型層的厚度會(huì)定性的表明相對(duì)電荷密度，這時(shí)的相對(duì)電荷密度在溝道長度方向上為一常數(shù)，相應(yīng)的特征曲線如左上角圖所示。隨著漏電壓的增大，漏端附近的反型

4、層電荷密度也將減小，漏端的溝道電導(dǎo)減小，ID-VDS特性曲線的斜率也將減小，如右上角圖所示。當(dāng)VDS增大到漏端的氧化層壓降等于VT時(shí)，漏端的反型層電荷密度為零，此時(shí)漏端的電導(dǎo)為零，即Id-Vds特性曲線的斜率也為零，如左下角圖所示。當(dāng)VDS繼續(xù)增大，使其大于VDS（sat）時(shí)，溝道中的反型電荷為零的點(diǎn)移向源端。這時(shí)，電子從源端進(jìn)入溝道，通過溝道流向漏端。在電荷為零的點(diǎn)處，電子被注入空間電荷區(qū)，并被電場掃向漏端。如果假設(shè)溝道長度的變化L相對(duì)于初始溝道長度L而言很小，那么VDS>VDS（sat）時(shí)漏電流為一常數(shù)，如右下角圖所示。3、簡要說明：MOSFET亞閾工作狀態(tài)是利用溝道（強(qiáng)反型層）進(jìn)行

5、導(dǎo)電的嗎？MOSFET亞閾工作電流是多數(shù)載流子的漂移電流嗎？亞閾工作電流與柵極電壓之間有什么樣的關(guān)系？亞閾狀態(tài)的重要長處是什么？【解答】MOSFET勺亞閾工作狀態(tài)是半導(dǎo)體表面弱反型（耗盡層厚度很大）的狀態(tài)，沒有出現(xiàn)溝道（強(qiáng)反型層），所以亞閾工作狀態(tài)不是利用溝道進(jìn)行導(dǎo)電的。亞閾工作電流是MOSFET的寄生n-p-n/BJT的電流，是少數(shù)載流子在半導(dǎo)體表面勢阱（不是溝道）中的擴(kuò)散電流，不是多數(shù)載流子漂移電流。亞閾工作電流要受到半導(dǎo)體表面勢阱深淺（即表面勢）的影響，而半導(dǎo)體表面勢是受柵電壓控制的，亞閾工作電流與柵電壓基本上有指數(shù)函數(shù)的關(guān)系。因?yàn)閬嗛撾娏骱苄?則用作放大的增益也很小，所以亞閾工作狀態(tài)不

6、宜于放大使用；但是這種很小的亞閾電流卻能夠很好地受到柵電壓控制，所以可用作為開關(guān)，并且正因?yàn)殡娏骱苄。使暮艿?，這就是亞閾工作狀態(tài)的重要長處，同時(shí)這也就是為什么大規(guī)模集成電路中往往采用亞閾工作狀態(tài)MOSFET原因。4、一n溝道增強(qiáng)型MOSFET(1)畫出其結(jié)構(gòu)簡圖。(2)畫出其輸出特性及轉(zhuǎn)移特性曲線。(1)結(jié)構(gòu)簡圖：柵極(金屬)源極絕獴層(SK%)半導(dǎo)體并板P型硅基板漏極輸出特性曲線:輸出特性：3/(小|”常數(shù)Arm.轉(zhuǎn)移特性曲線:DS二常數(shù)轉(zhuǎn)移特性：%J-卜15.硅n溝道MOSFETn+多晶硅柵極，M=21016cm3,11tox=50nm,Qx=210cm2.計(jì)算閾值電壓。襯底費(fèi)米勢fpkTlnqNa0.0259ni21016ln記0.365(V)1.510氧化層電容Coxoxtox3.98.85101450106.9108(F/cm2)襯底最大耗盡層厚度xdmax2s(2fp)1/2qNa14211.78.85100.731/21.6101921016.105(cm)襯底耗盡層電荷QdqNaxdmax1.61019210162.171056.944108(C/cm2)氧化層等效電荷Qox1.61019210113.2108(C/cm2)近似認(rèn)為，對(duì)于n+多晶硅柵極，費(fèi)米能級(jí)Ef與導(dǎo)帶底能級(jí)Ec重合，則n+多晶硅柵極