MOS晶体管种类

_按(an)沟道区中载流子类型分

N沟(gou)MOS晶(jing)体(ti)管：衬底为P型(xing)，源漏(lou)为重(zhong)掺杂(za)的N+，沟(gou)道中 载流子为电子

 P沟MOS晶体管(guan)：衬底为(wei)(wei)N型(xing)，源漏为(wei)(wei)重掺杂(za)的P+，沟道中载流子为(wei)(wei)空(kong)穴

在(zai)正常情况下，只有一种类型的载流子在(zai)工作，因此(ci)也(ye)称其为单极晶体管(guan)

-按工作模(mo)式分

增强型晶(jing)体管：若在(zai)零栅压下不存在(zai)漏源导(dao)电沟道，为(wei)了形成导(dao)电沟道，需要施(shi)加一定(ding)的栅压，也就是说沟道要通过“增强”才能导(dao)通

耗(hao)尽(jin)型晶体管：器件(jian)本身在(zai)漏源之间就存在(zai)导电沟(gou)道，即使在(zai)零栅压(ya)下(xia)器件(jian)也是导通(tong)的。若要使器件(jian)截止，就必须施加栅压(ya)使沟(gou)道耗(hao)尽(jin)

MOS晶体管特性

假定漏(lou)端电(dian)压Vds为(wei)(wei)正(zheng)，当(dang)栅(zha)上(shang)施加一个小于开启(qi)电(dian)压的(de)正(zheng)栅(zha)压时，栅(zha)氧下面的(de)P型(xing)表面区的(de)空(kong)穴被耗尽，在(zai)硅表面形成一层负电(dian)荷，这些电(dian)荷被称为(wei)(wei)耗尽层电(dian)荷Qb。这时的(de)漏(lou)源电(dian)流为(wei)(wei)泄漏(lou)电(dian)流。

如果Vgs>Vth，在P型硅表面形成可移动的负电荷Qi层，即导电沟道。
由(you)于(yu)表面为(wei)N型(xing)的(de)导(dao)电(dian)(dian)沟道(dao)与P型(xing)衬(chen)底的(de)导(dao)电(dian)(dian)类型(xing)相反(fan)，因此该表面导(dao)电(dian)(dian)沟道(dao)被称为(wei)反(fan)型(xing)层(ceng)。

MOS村底偏置效应

当衬(chen)底施加(jia)偏压时(shi)，势垒高度的(de)增(zeng)加(jia)导致耗尽区宽度的(de)增(zeng)加(jia)，因此(ci)对于给定(ding)(ding)的(de)Vgs和(he)Vds，Vbs的(de)增(zeng)加(jia)会使Ids减(jian)小。这是因为Vbs增(zeng)加(jia)，体(ti)电荷(he)Qb增(zeng)加(jia)，而Vgs和(he)Vds不变，由于栅电荷(he)Qg固定(ding)(ding)，根据电荷(he)守恒(heng)定(ding)(ding)律(lv)Qg=Qi+Qb，所以Qi反型层电荷(he)减(jian)少，因此(ci)电导减(jian)少。

而这时，如(ru)果要使MOS晶(jing)体(ti)管(guan)开启(qi)即(ji)进入强反型(xing)区，就是反型(xing)层电(dian)荷相应的增加(jia)那就耍提高(gao)栅电(dian)压，增加(jia)栅电(dian)荷。所以当MOS衬底施加(jia)偏(pian)压时，MOS晶(jing)体(ti)管(guan)的开启(qi)电(dian)压会升高(gao)。

MOS热载流子效应

当沟(gou)道长(zhang)度减小，同时保持电源电压不变(bian)，沟(gou)道区(qu)靠近漏端(duan)附近的(de)(de)(de)最大电场(chang)增加。随着载(zai)流(liu)子从源向漏移动(dong)，它们(men)在漏端(duan)高(gao)(gao)电场(chang)区(qu)将得到(dao)足够的(de)(de)(de)动(dong)能，引起(qi)碰撞电离，一些(xie)载(zai)流(liu)子甚至(zhi)能克(ke)服(fu)Si-Si02界面势垒(lei)进(jin)入氧(yang)化层，这些(xie)高(gao)(gao)能载(zai)流(liu)子不再保持它们(men)在晶格(ge)中的(de)(de)(de)热(re)(re)平衡状态，并且具高(gao)(gao)于热(re)(re)能的(de)(de)(de)能量(liang)，因此称它们(men)为热(re)(re)载(zai)流(liu)子。对(dui)于正常工作(zuo)中的(de)(de)(de)MOSFET，沟(gou)道中的(de)(de)(de)热(re)(re)载(zai)流(liu)子引起(qi)的(de)(de)(de)效应(ying)称为热(re)(re)载(zai)流(liu)子效应(ying)。

当发生(sheng)碰撞时，热载流(liu)子(zi)将(jiang)通(tong)(tong)过电(dian)(dian)离产生(sheng)次级电(dian)(dian)子(zi)一(yi)空(kong)穴对(dui)，其(qi)中电(dian)(dian)子(zi)形成了从漏(lou)到源(yuan)的(de)电(dian)(dian)流(liu)，碰撞产生(sheng)的(de)次级空(kong)穴将(jiang)漂移(yi)到衬(chen)底(di)区形成衬(chen)底(di)电(dian)(dian)流(liu)Ib。通(tong)(tong)过测(ce)量Ib可以很好地监控沟道(dao)热载流(liu)子(zi)和漏(lou)区电(dian)(dian)场(chang)的(de)情况。

由于Si-Si02的界(jie)面势垒较高，注入到栅(zha)氧化层中的热(re)载(zai)(zai)流子(zi)与碰撞电离产生的热(re)载(zai)(zai)流子(zi)相比(bi)非常少，因此栅(zha)电流比(bi)衬底(di)电流要(yao)低几(ji)个数(shu)量级。

热载流子注入到栅氧层中还会引起其它的一些效应，主要有
(1)热载流(liu)子被Si02中(zhong)电(dian)激活的(de)(de)缺(que)陷(xian)俘获，是氧化层中(zhong)的(de)(de)固定电(dian)荷(he)(he)密度Qot改(gai)变；  (2)在Si-Si02界(jie)面产生界(jie)面电(dian)荷(he)(he)Qit。由于Qot和Qit引起的(de)(de)电(dian)荷(he)(he)积累将在沟(gou)道形成(cheng)阻(zu)碍载流(liu)子运(yun)动的(de)(de)势垒；同时(shi)界(jie)面电(dian)荷(he)(he)也会(hui)增强界(jie)面附近(jin)电(dian)子的(de)(de)库仑散射，使(shi)迁移率降低(di)。因此经过一段时(shi)间(jian)的(de)(de)积累，以(yi)上效应会(hui)使(shi)器件的(de)(de)性能退(tui)化，影响集成(cheng)电(dian)路的(de)(de)可靠性，所以(yi)应设法避免(mian)热载流(liu)子效应。

MOS晶体管的构造与符号

MOS晶体管的符号示于图1.3。（KIA）MOS晶体管是四端器(qi)件：源极(S)、栅极(G)、漏极(D)，以及基底端(B)。基底端在(zai)(zai)NMOS晶体管中(zhong)通(tong)(tong)常(chang)衔接电(dian)路(lu)的负(fu)端电(dian)源电(dian)压Vss，在(zai)(zai)PMOS晶体管中(zhong)衔接电(dian)路(lu)的正端电(dian)源电(dian)压VDD。电(dian)路(lu)图中(zhong)通(tong)(tong)常(chang)省(sheng)略基底端(B)而采(cai)用图1.4所(suo)示的符号。两者的关系如图1.5所(suo)示。

图1.6是NMOS晶体管的构造表示图。P型硅衬底上构成两个n+区域，一个是源区，另一个是漏区。栅极是由掺入高浓度杂质的低电阻多晶硅(poly-crystal-linc silicon)构成。
在栅极与硅衬底间构成一层氧化膜( Si02)，叫做栅氧化膜。P型硅衬底也叫做基板。
NMOS的(de)(de)基底(di)衔接VSS负端电(dian)源电(dian)压(ya)。例如，在正(zheng)的(de)(de)电(dian)源电(dian)压(ya)VDD为3V，负的(de)(de)电(dian)源电(dian)压(ya)VSS为OV的(de)(de)电(dian)路中工作时，基底(di)衔接OV（图1.7）。

画电(dian)路图时，NMOS晶(jing)(jing)体(ti)管是漏极在(zai)上(shang)、源(yuan)极在(zai)下，而PMOS晶(jing)(jing)体(ti)管是源(yuan)极在(zai)上(shang)、漏极在(zai)下。图1.8示出电(dian)流(liu)活动的方(fang)向和电(dian)极间的电(dian)压(ya)。栅(zha)极—源(yuan)极间电(dian)压(ya)用VGS(PMOS晶(jing)(jing)体(ti)管中(zhong)用VSG)表示，漏极—源(yuan)极间电(dian)压(ya)用VDS（PMOS晶(jing)(jing)体(ti)管中(zhong)VSD）表示。

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