场效应晶体管解析
场效应晶体管的工作原理通俗解释
场效应晶体管的工作原理通俗解释
场效应晶体管是一种半导体器件，它广泛应用于电子电路中。
它
是一种三端管，由栅极 (Gate)，漏极 (Drain) 和源极 (Source) 三
个极组成。
场效应晶体管的工作原理非常复杂，但是可以用通俗易懂
的语言来解释。
第一步：当 Vgs = 0 时，场效应晶体管处于关闭状态。
此时，
漏结区域的电势高于源结区域，导致电子从源到漏流动。
第二步：当 Vgs > Vth 时，场效应晶体管处于开启状态。
此时
栅结区域形成一个电场，能够吸引电子从源极流入栅极，同时通过栅
极--漏极结实现漏极区域加电压，从而使电子从源极向漏极流动。
第三步：当 Vgs < Vth 时，场效应晶体管仍然处于关闭状态。
此时，栅结区域不会形成足够的电场，无法吸引电子从源极流入栅极，而漏极区域仍然在电势高于源区域。
因此，电子仍然从源到漏流动。
总之，场效应晶体管的工作原理可以用控制门极电压来控制漏极
电流的方式来概括。
因为场效应晶体管的控制能力非常强，它能够更
有效地控制大功耗电路。
2014-AlGaN-GaN异质结构场效应晶体管的I-V特性研究 - 修改版解析
学号：14101601173毕业设计（论文）题目：AlGaN-GaN异质结场效应晶体管的I-V特性研究作者彭坤届别2014学院物理与电子学院专业电子科学与技术指导老师文于华职称讲师完成时间2014.05摘要GaN基电子器件最重要的代表之一是AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，这是因为它具有高饱和电流、比较高的跨导和较高的截止频率与很高的击穿电压等独特的物理性质。
该论文正是以AlGaN/GaN异质结的基本物理特性作为研究基础来研究AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管的I-V特性。
在考虑到AlGaN/GaN异质结中的自发极化与压电极化效应的物理现象基础上，采用二维物理分析模型计算AlGaN/GaN HEMT 器件的I-V特性，得到了较满意的结果。
关键词：AlGaN/GaN;I-V特性;场效应晶体管,截止频率。
AbstractOne of the most important electronic device representative of the GaN-based AlGaN / GaN heterostructure field effect transistor, because it has a high saturation currents and high transconductance and a high cutoff frequency of the high breakdown voltage, and other unique physical properties. The paper is the basic physical characteristics of AlGaN / GaN heterostructures as a research foundation to study the IV characteristics of AlGaN / GaN heterostructure field-effect transistor. Basic physical phenomena of spontaneous polarization and piezoelectric polarization effects, taking into account the AlGaN / GaN heterostructures on the analysis of two-dimensional physical model AlGaN / GaN HEMT device IV characteristics obtained satisfactory results.Keywords: AlGaN / GaN; IV characteristics; field-effect transistor, the cutoff frequency.目录摘要 (2)Abstract (3)目录 (4)第1章绪论 (5)1.1 GaN材料的物理特性 (5)1.2 GaN材料与电子器件的优势及意义 (6)1.3 国内外对本材料的研究动态 (7)第2章Al(Ga)N/GaN异质结构的基本物理原理 (8)2.1 Al(Ga)N/GaN异质结构的形成 (8)2.2 AlGaN/GaN异质结中二维电子气的产生机理 (8)2.3 二维电子气的分布 (10)第3章Al(Ga)N/GaN 场效应晶体管器件的电流-电压（I-V）特性模型 (11)3.1 二维分析模型 (11)第4章模拟结果图与数值分析 (14)4.1二维模型数值分析结果 (14)第5章结束语与未来工作展望 (15)5.1 结束语 (15)5.2 未来的工作展望 (15)参考文献 (16)致谢 (17)第1章绪论1.1 GaN材料的物理特性GaN材料具有比较宽的直接带隙，高的热导性，化学性质很稳定，因为其有强的原子键，所以化学性质很稳定，因此很难被酸腐蚀，抗辐射能力也很强，所以它在高温大功率器件和高频微波器件研究应用方面领域有着极其广阔的发展潜力。
场效应晶体管
主要内容1. 场效应管的结构、符号与工作原理2. 场效应管的工作状态和特性曲线3. 场效应管的基本特性4. 场效应管的电路模型5-4场效应晶体管场效应晶体管概述场效应管，简称FET(Field Effect Transistor)，主要特点：(a)输入电阻高，可达107~1015 。
(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极型晶体管。
(c)体积小、重量轻、耗电省。
(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。
(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。
场效应管按结构可分为：结型场效应管（JFET ）和绝缘栅型场效应管(MOSFET )；按工作原理可分为增强型和耗尽型。
场效应管的类型N 沟道P 沟道增强型耗尽型N 沟道P 沟道N 沟道P 沟道（耗尽型）FET场效应管JFET 结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管的电路符号MOSFET 符号增强型耗尽型GS D SG D P 沟道G S DN 沟道GS D U GS =0时，没有漏极电流，U GS =0时，有漏极电流，U GS 高电平导通U GS 低电平导通需要加负的夹断电压U GS(off)才能关闭，高于夹断电压U GS(off)则导通而只在U GS >0时，能导通，低于开启电压U GS(th)截止5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理1.场效应管基本结构图5-2-22沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系：栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。
=0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。
22例5-10在Multisim 中用IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图5-4-3所示，改变V GS ，观察电压V DS 与i D 之间的关系。
场效应管及其放大电路(5)
氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简
称MOS场效应管。
源极S 栅极G 漏极D
金属电极
SiO2绝缘层
符号： D
G
P型硅衬底
高掺杂N区
S 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电
阻很高，最高可达1014 。
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(2) N沟道增强型管的工作原理 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
当UGS UGS(th）后，场效 应管才形成导电沟道，
开始导通，若漏–源之间 加上一定的电压UDS，则 有漏极电流ID产生。在 一定的UDS下漏极电流ID 的大小与栅源电压UGS有 关。所以，场效应管是
一种电压控制电流的器
件。
–ED +
S
EG
–UG+S G
D
N+
N+
P型硅衬底
N型导电沟道
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变 为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。
输出电阻
ri RG ( RG1 // RG2) rO RD
RG是为了提 高输入电阻ri 而设置的。
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由于晶体管的输出特性具有恒流输出特性，漏
源电阻(即场效晶体管的输出电阻)：
rds
ID/mA
ΔU DS ΔI D
uGS C
rds是很高的，在共源极放 大电路中，漏级电阻RD与 管子的输出电阻rds并联。
增尽强 型型 ：： 当当UGUS＝GS＝0时0时，，存没在有导导电电沟沟道道，，IDI0D＝。0。耗
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3. 场效应管的主要参数
(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数
场效应管参数解释(精)
场效应管根据三极管的原理开发出的新一代放大元件,有 3个极性,栅极, 漏极,源极,它的特点是栅极的内阻极高,采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压控制型器件--------------------------------------------------------------1. 概念 :场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写 (FET简称场效应管 . 由多数载流子参与导电 , 也称为单极型晶体管 . 它属于电压控制型半导体器件 .特点 :具有输入电阻高(100000000~1000000000Ω、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点 , 现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者 .作用 :场效应管可应用于放大 . 由于场效应管放大器的输入阻抗很高 , 因此耦合电容可以容量较小 , 不必使用电解电容器 .场效应管可以用作电子开关 .场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换 . 常用于多级放大器的输入级作阻抗变换 . 场效应管可以用作可变电阻 . 场效应管可以方便地用作恒流源 .2. 场效应管的分类 :场效应管分结型、绝缘栅型 (MOS两大类按沟道材料 :结型和绝缘栅型各分 N 沟道和 P 沟道两种 .按导电方式 :耗尽型与增强型 , 结型场效应管均为耗尽型 , 绝缘栅型场效应管既有耗尽型的 , 也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和 MOS 场效应晶体管 , 而 MOS 场效应晶体管又分为 N 沟耗尽型和增强型 ;P 沟耗尽型和增强型四大类 . 见下图 :3. 场效应管的主要参数 :Idss —饱和漏源电流 . 是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中 , 栅极电压 UGS=0时的漏源电流 .Up —夹断电压 . 是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中 , 使漏源间刚截止时的栅极电压 .Ut —开启电压 . 是指增强型绝缘栅场效管中 , 使漏源间刚导通时的栅极电压 .gM —跨导 . 是表示栅源电压 UGS —对漏极电流 ID 的控制能力 , 即漏极电流ID 变化量与栅源电压 UGS 变化量的比值 .gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数 .BVDS —漏源击穿电压 . 是指栅源电压 UGS 一定时 , 场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压 . 这是一项极限参数 , 加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS.PDSM —最大耗散功率 , 也是一项极限参数 , 是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率 . 使用时 , 场效应管实际功耗应小于 PDSM 并留有一定余量 .IDSM —最大漏源电流 . 是一项极限参数 , 是指场效应管正常工作时 , 漏源间所允许通过的最大电流 . 场效应管的工作电流不应超过 IDSMCds---漏 -源电容Cdu---漏 -衬底电容Cgd---栅 -源电容Cgs---漏 -源电容Ciss---栅短路共源输入电容Coss---栅短路共源输出电容Crss---栅短路共源反向传输电容D---占空比(占空系数,外电路参数di/dt---电流上升率(外电路参数dv/dt---电压上升率(外电路参数ID---漏极电流(直流IDM---漏极脉冲电流ID(on---通态漏极电流IDQ---静态漏极电流(射频功率管IDS---漏源电流IDSM---最大漏源电流IDSS---栅 -源短路时,漏极电流IDS(sat---沟道饱和电流(漏源饱和电流IG---栅极电流(直流IGF---正向栅电流IGR---反向栅电流IGDO---源极开路时,截止栅电流 IGSO---漏极开路时,截止栅电流 IGM---栅极脉冲电流IGP---栅极峰值电流IF---二极管正向电流IGSS---漏极短路时截止栅电流 IDSS1---对管第一管漏源饱和电流 IDSS2---对管第二管漏源饱和电流 Iu---衬底电流Ipr---电流脉冲峰值(外电路参数 gfs---正向跨导Gp---功率增益Gps---共源极中和高频功率增益 GpG---共栅极中和高频功率增益 GPD---共漏极中和高频功率增益 ggd---栅漏电导gds---漏源电导K---失调电压温度系数Ku---传输系数L---负载电感(外电路参数LD---漏极电感Ls---源极电感rDS---漏源电阻rDS(on---漏源通态电阻rDS(of---漏源断态电阻rGD---栅漏电阻rGS---栅源电阻Rg---栅极外接电阻(外电路参数 RL---负载电阻(外电路参数 R(thjc---结壳热阻R(thja---结环热阻PD---漏极耗散功率PDM---漏极最大允许耗散功率 PIN--输入功率POUT---输出功率PPK---脉冲功率峰值(外电路参数 to(on---开通延迟时间td(off---关断延迟时间ti---上升时间ton---开通时间toff---关断时间tf---下降时间trr---反向恢复时间Tj---结温Tjm---最大允许结温Ta---环境温度Tc---管壳温度Tstg---贮成温度VDS---漏源电压(直流VGS---栅源电压(直流VGSF--正向栅源电压(直流VGSR---反向栅源电压(直流VDD---漏极(直流电源电压(外电路参数VGG---栅极(直流电源电压(外电路参数Vss---源极(直流电源电压(外电路参数VGS(th---开启电压或阀电压V (BR DSS---漏源击穿电压V (BR GSS---漏源短路时栅源击穿电压VDS(on---漏源通态电压VDS(sat---漏源饱和电压VGD---栅漏电压(直流Vsu---源衬底电压(直流VDu---漏衬底电压(直流VGu---栅衬底电压(直流Zo---驱动源内阻η---漏极效率(射频功率管Vn---噪声电压aID---漏极电流温度系数ards---漏源电阻温度系数4. 结型场效应管的管脚识别 :判定栅极 G:将万用表拨至 R×1k 档 , 用万用表的负极任意接一电极 , 另一只表笔依次去接触其余的两个极 , 测其电阻 . 若两次测得的电阻值近似相等 , 则负表笔所接触的为栅极 , 另外两电极为漏极和源极 . 漏极和源极互换 , 若两次测出的电阻都很大 , 则为 N 沟道 ; 若两次测得的阻值都很小 , 则为 P 沟道 .判定源极 S 、漏极 D:在源 -漏之间有一个 PN 结 , 因此根据 PN 结正、反向电阻存在差异 , 可识别 S 极与 D 极 . 用交换表笔法测两次电阻 , 其中电阻值较低 (一般为几千欧至十几千欧的一次为正向电阻 , 此时黑表笔的是 S 极 , 红表笔接 D 极 .5. 场效应管与晶体三极管的比较场效应管是电压控制元件 , 而晶体管是电流控制元件 . 在只允许从信号源取较少电流的情况下 , 应选用场效应管 ; 而在信号电压较低 , 又允许从信号源取较多电流的条件下 , 应选用晶体管 .晶体三极管与场效应管工作原理完全不同,但是各极可以近似对应以便于理解和设计:晶体管:基极发射极集电极场效应管 :栅极源极漏极要注意的是, 晶体管 (NPN型设计发射极电位比基极电位低 (约 0.6V , 场效应管源极电位比栅极电位高 (约 0.4V 。
场效应管基本资料
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108W～109W）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
一、场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应晶体管的型号命名方法现行场效应管有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
三、场效应管的参数1、IDSS —饱和漏源电流。
第八章 MOS场效应晶体管
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD 2FB
e) 氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条 件下，当 TOX = 150 nm 时：
QOX 1.8 ~ 3.0 V COX
以VGS 作为参变量，可以得到不同VGS下的VDS ～ID 曲线族， 这就是 MOSFET 的输出特性曲线。
非
饱
饱
和
和
区
区
将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区， 虚线右侧为饱和区。
5、MOSFET的类型 P 沟 MOSFET 的特性与N 沟 MOSFET 相对称，即： (1) 衬底为 N 型，源漏区为 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的极性以及 ID 的方向均与 N 沟相反。 (3) 沟道中的可动载流子为空穴。 (4) VT < 0 时称为增强型（常关型），VT > 0 时称为耗尽型
MS
QOX COX
K
2FP VS VB
1
2 2FP VS
注意上式中，通常 VS > 0，VB < 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时：
VT
MS
QOX COX
K
2 FP
1 2
2FP
这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。
同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为：
电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化
层电容，COX
OX
TOX
，TOX 为氧化层厚度。
(3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图
晶体场效应
晶体场效应晶体场效应是一种通过施加外部电场来控制晶体电导性质的现象。
它在电子学领域中具有重要的应用价值。
本文将从晶体场效应的基本原理、工作原理、应用领域等方面进行介绍和阐述。
晶体场效应是指当施加外部电场时，晶体内的电子分布发生变化，从而影响晶体的电导性质。
它的基本原理是利用外部电场改变晶体中电子能带的能量分布，从而改变电子在能带中的分布情况。
晶体场效应主要通过控制电子能带的宽度和位置来实现。
晶体场效应器件的工作原理主要包括两个过程：注入和调制。
注入过程是指当施加外部电场时，电子从源极注入到半导体中，形成电子云。
调制过程是指通过调节外部电场的强度来改变电子能带的宽度和位置，从而改变电子的能量和分布情况。
通过这两个过程，晶体场效应器件可以实现电子的注入和调制，从而控制电流的流动和电导性质。
晶体场效应在电子学领域中具有广泛的应用。
其中最重要的应用之一是场效应晶体管（FET）。
场效应晶体管是一种利用晶体场效应来调制电流的器件。
它具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，广泛应用于放大、开关、逻辑电路等领域。
另外，晶体场效应还可以应用于光电器件、传感器、光学调制器等领域，具有重要的科研和工程应用价值。
除了FET之外，晶体场效应还有其他的应用。
例如，晶体场效应可以用于制备高效的太阳能电池。
在太阳能电池中，晶体场效应可以用来调节电子的能级分布，从而提高电池的光电转换效率。
此外，晶体场效应还可以应用于光学器件中，如光电调制器、激光器等。
晶体场效应是一种通过施加外部电场来控制晶体电导性质的现象。
它具有重要的应用价值，广泛应用于电子学、光电子学等领域。
晶体场效应器件如场效应晶体管在电子学领域有着广泛的应用，而在光电子学领域也有着重要的应用。
随着科技的不断发展，晶体场效应在更多领域中的应用前景将会更加广阔。
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CMOS闩锁效应
源漏区相对于衬底正偏时，会向邻近区域的反偏PN 接注入少子，相邻的NMOS和PMOS相互交换少子发生 闩锁效应。
CMOS器件的寄生双极晶体管被触发导通，在电源 和地之间存在一个低阻通路，产生大短路电流，导致 无法正常工作，甚至烧毁。
通过对沟道的注入可以改变MOS 晶体管的阈值电 压。P 型注入使阈值电压正向移动，N型注入使阈值电 压负向移动。
单独使用硼注入就可以调整两种类型晶体管的阈值 电压。简称为阈值调整。进行了注入的称为调整晶体管 ，而没有进行注入的晶体管称为自然晶体管。
许多工艺都提供自然晶体管作为一个工艺选项，该 选项需要一层单独的掩膜。
晶体管尺寸的缩小实际上改善了它的性能。减小 尺寸使得寄生电容变小，而开关速度变快。延迟减小
小尺寸晶体管不仅开关速度变快，而且翻转时的 功耗降低。
晶体管按比例缩小
5. 按比例缩小理论常用于转换现有的数字版图使之可 采用更新的工艺实现。设计者只需简单的运行一个 可把所有数据按特定比例缩小的程序，而不用辛苦 地重新设计版图。这种类型的按比例缩小称为光学 收缩（optical shrink），因为它与使用光学方法使用 现有掩膜缩小的结果相同。
芯片闩锁 测试 每个管脚上施加正向或者负向的测试电流脉冲，芯片
上电，电流脉冲从小到±100mA，最大到250mA，电流 施加之前和之后测量电源电流，如果不近似相等，则 不能通过测试
CMOS闩锁效应
当N阱或者衬底上的电流足够大，使得R1或R2上的压 降超过0.7V，就会使Q1或者Q2开启。
例如Q1开启，它会提供足够大的电流给R2，使得R2 的压降达到0.7V，R2也会开启，反馈电流给Q1，
晶体管按比例缩小
按比例缩小定律分为两大类，在这两类中假定宽度 和长度要乘以一个比例因子S。
恒定电压、 恒定电场 一般采用恒定电场
晶体管按比例缩小
恒定电压按比例缩小随着晶体管尺寸越来越小， 避免热载流子的产生和穿通击穿变得十分困难。恒定 电场通过降低电源电压，保证电场强度不变，缩小尺 寸，可避免问题
形成恶性循环，导致大部分的电流从VDD直接通过 寄生晶体管到GND，而不是通过MOSFET的沟道。
CMOS闩锁效应
避免源漏区域的正向偏压；
增加Guard ring（保护环）：P+ ring环绕NMOS并接地 ；N+ ring环绕PMOS并接VDD，可以降低阱和衬底的电阻 值，也可阻止载流子到达寄生BJT的基极；
MOS管的电流方程
1. 迁移率
μn: 电子迁移率 μp: 空穴迁移率 若 μn≈ 1300 cm2/s·V μp≈500 cm2/s·V 则： μn /μp=2.6 一般情况下， μn /μp=2~4，空穴迁移率小于电子迁移率。 因此，PMOS器件具有较低的电流驱动能力，工作速度比 NMOS要慢。
衬底接触和阱接触尽量靠近源极，以降低阱和衬底的 阻值；
和P使M•NOMS间OS加尽大量距靠离近GND，PMOS尽量靠近VDD，NMOS 除在I/O处需采取防Latch up的措施外，凡接I/O的内
部mos 也应圈guard ring。 I/O处尽量不使用pmos(nwell)
CMOS闩锁效应
MOS管
MOS管的寄生
MOS管的击穿机制
雪崩击穿 漏极电压很高时，漏-衬底PN结雪崩击穿，寄生三
极管导通 源漏穿通 如果MOSFET的沟道长度较短，衬底电阻率较高，
则当VDS增加某一数值时，虽然漏区与衬底间尚未发 生雪崩击穿，但漏PN结的耗尽区却已经扩展到与源区 相连接，这种现象称为源漏穿通。 沟道长度越短，衬底电阻率越高，穿通电压就越低
MOS管的击穿机制
栅氧击穿
． Si02在施加高场时会发生致命击穿，根据击穿场强 的大小可分成三种情形：
(1)击穿场强在8-12MV/cm称为本征击穿。 隧穿效应 (2)击穿场强<1MV/cm，SiO2存在巨大缺陷，如针孔 热载流子击穿
当MOSFET 沟道在漏极附近处被夹断时，其中存在 强电场； 载流子将从强电场获得很大的动能，就很容 易成为热载流子，还可以产生雪崩倍增效应。
增加保护环和衬底接触
二、 NMOS 晶体管的版图
自对准硅栅NMOS 晶体管的背栅由生长在P+衬底上的 P 型外延层构成。相邻晶体管之间的区域叫做场区。
N阱和P阱工艺
阱中的晶体管相互隔离，增加了设计灵活度，N阱工 艺得到相互隔离的PMOS;
阈值调整注入
理想情况下晶体管的阈值电压应该在0.6～0.8V 之间 。 取决于栅和背的掺杂及栅氧化层的厚度。自然NMOS 的本征阈值通常恰好低于0.6V,而自然PMOS本征阈值的 幅度恰好大于0.8V。
VTHN≈（0.14~0.18）VDD ≈（0.7~0.9）V
增强型PMOS管 VTHP≈-0.16VDD ≈-0.8V
通过工艺控制可以将阈值电压降低，从而使器 件适合于低电源工作。
MOS管的电流方程
5. λn， λp，沟道长度调制系数，即VDS对沟道长 度的影响
对于NMOS管， λn≈1/VA ≈0.01/V 对于PMOS管， λp≈1/VA ≈0.02/V VA是厄尔利电压
2L
电流与器件宽长比成正比。
器件的最小沟道长度Lmin标志着工艺水平，W表示器件 的大小，W越大，管子电流越大，导电能力越强，等效电 阻越小。
MOS管的电流方程
4. VTHN，VTHP为阈值电压
阈值电压也称为开启电压，是指当背栅与源极连接在一起时 使能栅介质下面恰好产生沟道所需要的栅源电压。 假设VDD=5V,增强型NMOS管
9 场效应晶体管
一、 MOS 晶体管工作原理DSGGSD
NMOS 的三端电路模型
NMOS 管栅极存在绝缘层，栅极电流为零。 CGS 和CGD 代表栅源电容和栅漏电容。大小与偏置有关 压控电流源I1 为沟道从漏极流向源极的电流。大小取决
于栅源电压VGS 和栅漏电压VDS。
MOS管的电流方程
MOS管的电流方程
2. Cox单位面积栅电容 Cox=ɛ0ɛsio2/tox
ɛ0：真空介电常数，8.854x10-12 F/m Ɛsio2：栅氧化层（SiO2）的相对介电常数 3.9 tox：栅氧化层厚度
MOS管的电流方程
3. W/L,沟道宽度和沟道长度之比
IDnC ox W (VG SV T)H 2