MOS晶体管种类

_按沟道(dao)区中载流(liu)子(zi)类型分

N沟(gou)MOS晶体(ti)管：衬底(di)为P型，源漏为重(zhong)掺杂的N+，沟(gou)道(dao)中 载(zai)流(liu)子(zi)为电(dian)子(zi)

P沟(gou)MOS晶体(ti)管：衬底(di)为(wei)N型，源漏(lou)为(wei)重(zhong)掺杂的P+，沟(gou)道中载流子为(wei)空(kong)穴

在正常(chang)情况下(xia)，只有一种类(lei)型的载流(liu)子在工作(zuo)，因此也称(cheng)其为单极晶体管

-按工作模式(shi)分

增强型晶体管：若在零(ling)栅压(ya)下不存在漏源导电沟道(dao)，为了形成导电沟道(dao)，需要施加一定的(de)栅压(ya)，也就是说沟道(dao)要通过“增强”才能导通

耗尽型晶体管(guan)：器(qi)件本身在(zai)漏源之间就存在(zai)导电沟道(dao)(dao)，即使在(zai)零栅(zha)压(ya)下器(qi)件也(ye)是导通(tong)的。若要使器(qi)件截止，就必须施加(jia)栅(zha)压(ya)使沟道(dao)(dao)耗尽

MOS晶体管特性

假定漏(lou)端电压(ya)(ya)Vds为(wei)正，当栅上施加一(yi)个小于开启电压(ya)(ya)的(de)正栅压(ya)(ya)时，栅氧(yang)下面的(de)P型(xing)表面区的(de)空穴被耗尽(jin)，在硅表面形成一(yi)层负电荷，这些电荷被称为(wei)耗尽(jin)层电荷Qb。这时的(de)漏(lou)源电流(liu)为(wei)泄漏(lou)电流(liu)。

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。
由于表面为N型的导(dao)(dao)电(dian)沟道与P型衬底的导(dao)(dao)电(dian)类型相反，因(yin)此该表面导(dao)(dao)电(dian)沟道被(bei)称为反型层(ceng)。

MOS村底偏置效应

当(dang)衬底施加(jia)偏(pian)压时，势垒高度的(de)增(zeng)加(jia)导致耗尽区宽度的(de)增(zeng)加(jia)，因(yin)此对(dui)于给定的(de)Vgs和Vds，Vbs的(de)增(zeng)加(jia)会使Ids减(jian)小。这(zhei)是因(yin)为Vbs增(zeng)加(jia)，体(ti)电(dian)荷(he)(he)Qb增(zeng)加(jia)，而(er)Vgs和Vds不变，由于栅电(dian)荷(he)(he)Qg固定，根据电(dian)荷(he)(he)守恒定律Qg=Qi+Qb，所以Qi反型(xing)层电(dian)荷(he)(he)减(jian)少，因(yin)此电(dian)导减(jian)少。

而这时，如果要使MOS晶体(ti)管开启(qi)即进入(ru)强反型区，就是反型层(ceng)电荷相应(ying)的增加(jia)(jia)那就耍(shua)提高栅(zha)电压，增加(jia)(jia)栅(zha)电荷。所以当MOS衬底施加(jia)(jia)偏压时，MOS晶体(ti)管的开启(qi)电压会(hui)升高。

MOS热载流子效应

当沟(gou)(gou)道长度(du)减小(xiao)，同时保持电源(yuan)电压不(bu)变，沟(gou)(gou)道区靠近漏端附(fu)近的最大电场(chang)增加(jia)。随着(zhe)载(zai)(zai)流子(zi)(zi)从源(yuan)向(xiang)漏移动，它(ta)们(men)在漏端高(gao)电场(chang)区将得到足够的动能，引起(qi)碰撞电离，一(yi)些载(zai)(zai)流子(zi)(zi)甚至能克服(fu)Si-Si02界面(mian)势垒进入(ru)氧化层，这些高(gao)能载(zai)(zai)流子(zi)(zi)不(bu)再保持它(ta)们(men)在晶(jing)格中的热平衡状态，并(bing)且具高(gao)于热能的能量，因(yin)此称(cheng)(cheng)它(ta)们(men)为热载(zai)(zai)流子(zi)(zi)。对(dui)于正常工作中的MOSFET，沟(gou)(gou)道中的热载(zai)(zai)流子(zi)(zi)引起(qi)的效应称(cheng)(cheng)为热载(zai)(zai)流子(zi)(zi)效应。

当发生碰(peng)撞时，热(re)载(zai)流子(zi)将通(tong)过(guo)电(dian)(dian)离产生次级(ji)电(dian)(dian)子(zi)一空穴对，其中电(dian)(dian)子(zi)形成了从漏(lou)到源的(de)电(dian)(dian)流，碰(peng)撞产生的(de)次级(ji)空穴将漂移到衬(chen)(chen)底(di)区形成衬(chen)(chen)底(di)电(dian)(dian)流Ib。通(tong)过(guo)测(ce)量Ib可(ke)以很好地监控(kong)沟(gou)道热(re)载(zai)流子(zi)和漏(lou)区电(dian)(dian)场的(de)情(qing)况。

由于(yu)Si-Si02的(de)界面势垒较高，注入到栅氧化层中的(de)热(re)载流(liu)子与碰撞(zhuang)电(dian)离产(chan)生(sheng)的(de)热(re)载流(liu)子相比非常少(shao)，因(yin)此栅电(dian)流(liu)比衬底电(dian)流(liu)要(yao)低几个数量级。

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(zai)流子(zi)(zi)被Si02中电(dian)(dian)激活的(de)缺陷俘获，是氧化层(ceng)中的(de)固定电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)密度Qot改变；  (2)在Si-Si02界面产生界面电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)Qit。由于Qot和Qit引起的(de)电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)积累(lei)将在沟道(dao)形成阻碍载(zai)流子(zi)(zi)运动的(de)势垒；同时界面电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)也(ye)会(hui)增强界面附近(jin)电(dian)(dian)子(zi)(zi)的(de)库仑(lun)散射(she)，使迁移率降低。因此经过(guo)一段时间(jian)的(de)积累(lei)，以上效应会(hui)使器件的(de)性(xing)能(neng)退化，影响集(ji)成电(dian)(dian)路的(de)可靠性(xing)，所以应设(she)法避免热载(zai)流子(zi)(zi)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(jing)体(ti)管(guan)是(shi)四端(duan)(duan)器件：源极(ji)(S)、栅(zha)极(ji)(G)、漏极(ji)(D)，以及基(ji)底(di)端(duan)(duan)(B)。基(ji)底(di)端(duan)(duan)在(zai)NMOS晶(jing)体(ti)管(guan)中(zhong)通常(chang)衔接电路的(de)负端(duan)(duan)电源电压(ya)Vss，在(zai)PMOS晶(jing)体(ti)管(guan)中(zhong)衔接电路的(de)正端(duan)(duan)电源电压(ya)VDD。电路图中(zhong)通常(chang)省(sheng)略基(ji)底(di)端(duan)(duan)(B)而采用图1.4所(suo)示的(de)符号。两(liang)者的(de)关系如(ru)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的基底(di)(di)衔接(jie)VSS负端电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)。例(li)如，在(zai)正的电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)VDD为3V，负的电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)VSS为OV的电(dian)(dian)路(lu)中工(gong)作时，基底(di)(di)衔接(jie)OV（图1.7）。

画电(dian)路图时，NMOS晶体管(guan)是漏(lou)极(ji)(ji)(ji)在上(shang)、源(yuan)极(ji)(ji)(ji)在下(xia)，而PMOS晶体管(guan)是源(yuan)极(ji)(ji)(ji)在上(shang)、漏(lou)极(ji)(ji)(ji)在下(xia)。图1.8示(shi)出电(dian)流活(huo)动的(de)方(fang)向和电(dian)极(ji)(ji)(ji)间的(de)电(dian)压。栅极(ji)(ji)(ji)—源(yuan)极(ji)(ji)(ji)间电(dian)压用VGS(PMOS晶体管(guan)中用VSG)表示(shi)，漏(lou)极(ji)(ji)(ji)—源(yuan)极(ji)(ji)(ji)间电(dian)压用VDS（PMOS晶体管(guan)中VSD）表示(shi)。

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