MOS晶体管击穿特性研究(优质参考)
功率场效应晶体管MOSFET特性试验研究及仿真 - 副本
3、纯电阻及阻感负载时，MOSFET开关特性的测试研究；
二、基本要求
1、学功率场效应晶体管MOSFET的有关参数的测定方法和工作原理，设计实验步骤，做线路搭接并进行实验研究。
2、实验数据整理、绘制曲线，对实验结果和理论结果进行对比分析。
3、使用MATLAB软件对各主电路进行仿真。
放大原理和主要参数辅以实验来化解和提高学习效率是研究场效应管行之有效的方法。但由于目前MOS场效应管的实验装置普遍存在弊端，即实验装置没有充分考虑到场效应管易损的因素，即实验者误操作、带电连接电路，造成实验中场效应管大量损坏，导致实验不能顺利完成，乃至正常开展。经调查，目前高校开展MOS场效应管测试实验的较少，无法深入甚至放弃。
场效应管是一种电压控制半导体器件，应用非常广泛。目前与我们的日常生活高度相关，如现代电子计算机、超大规模成电路、数码相机、开关电源、控制电路、液晶电视、数码音响、热释电传感器等就是以场效应管为基本器件构成和发展起来的。
MOS场效应管由于特殊的结构和工艺，其栅极与导电沟道没有电接触，即绝缘的，故它的输入电阻很高，可达109Ω以上，工作时几乎栅极不取电流，又栅-源极间电容非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。通俗地说，MOS场效应管比较“娇气”。因此MOS场效应管出厂时各管脚都绞合在一起，或装在金属箔内，使G极与S极呈等电位，防止积累静电荷。管子不用时，全部引线也应短接。在测量时应格外小心，并采取相应的防静电感措施。
1、当需要进入实验室做毕设实验研究时，一定要遵守实验室学生守则。
2、不准在实验室内吸烟，喧哗、打闹等。不准在实验室内吃零食。
3、要爱护设备、仪器、仪表，轻拿轻放。旋钮使用不要用力过猛，防止机械性损坏；不要超量程扭动，以确保仪器、仪表等的完好和安全使用。
MOS晶体管PPT演示文稿
图2.1.1 NMOS晶体管
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图2.1.2 NMOS管截面图
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图2.1.3 实际的NMOS管衬底引线
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（a）增强型
（b）耗尽型
图2.1.4 MOS管在电路中的符号
耗尽型MOS管与增强型MOS管不同之处在于，耗尽型MOS管
在vGS=0时，导电沟道已经存在，它是通过加工过程中的离子注
图2.2.1 导电沟道没有形成
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图2.2.2 栅-源电压vGS控制导电沟道宽窄
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（a） vDSvGSVT
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（b） vDSvGSVT
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（c） vDSvGSVT
图2.2.3 NMOS管的工作状态示意图
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2.3 MOS晶体管的电流电压关系
1、非饱和区（线性电阻区）
IDK W L vG SV TvD S1 2vD2S （2.3.8）
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
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2.1 MOS晶体管结构
根据导电沟道的不同，MOS晶体管可分为P沟道MOS晶体 管（简称为PMOS管）和N沟道MOS晶体管（简称为NMOS管）， 而根据在没有外加电压条件下导电沟道形成与否又可分为耗尽型 MOS管和增强型MOS管。
图2.1.1所示的是一只增强型NMOS管，它是在适度掺杂的 P型衬底上制作两个掺杂浓度较高的N型区，分别作为漏区和源 区，在漏区和源区之的区域上面制作一层绝缘层（一般是二氧 化硅物质），绝缘层上面沉积一层多晶硅作为栅区。我们把源区 和漏区两个掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长 度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
mos管寄生二极管击穿的失效机理
mos管寄生二极管击穿的失效机理mos管寄生二极管击穿是一种常见的失效现象，对于电子设备的正常运行会造成严重的影响。
为了更好地理解mos管寄生二极管击穿的失效机理，本文将从深度和广度两个维度进行全面评估，并分享我的个人观点和理解。
一、mos管寄生二极管概述我们需要了解mos管的基本结构。
mos管是一种具有三个电极的半导体器件，包括栅极、漏极和源极。
它内部由p型和n型的半导体材料组成，栅极和源极之间形成的pn结就是mos管寄生二极管。
二、mos管寄生二极管的击穿失效mos管寄生二极管击穿失效指的是在mos管工作过程中，寄生二极管因过高的电压或电流而失效。
导致mos管寄生二极管击穿失效的因素可以分为以下几个方面：1. 过高的电压：当mos管寄生二极管处于反向偏置状态时，如果外部施加的电压超过了它的击穿电压，就会导致击穿失效。
而击穿电压的高低与mos管的制造工艺和设计参数有关。
2. 过高的电流：过大的电流也会导致mos管寄生二极管击穿失效。
当mos管在工作过程中，因为负载的变化或其他原因导致电流突然增大时，如果超出了寄生二极管的最大允许电流，就会发生击穿。
3. 温度效应：温度对mos管寄生二极管击穿失效也有一定的影响。
当mos管工作温度过高时，导致寄生二极管的击穿电压降低，更容易发生失效。
4. 同时存在多个失效因素：在实际的应用场景中，往往不只存在一种因素导致mos管寄生二极管的失效，可能同时存在电压、电流和温度等多个因素的耦合作用。
三、如何避免mos管寄生二极管击穿失效为了避免mos管寄生二极管击穿失效，我们可以采取以下措施：1. 合理选择mos管：在设计电子设备时，应根据实际需求选择适合的mos管，包括击穿电压、最大允许电流等参数。
合理匹配mos管和电路参数，避免过大或过小的设计误差。
2. 合理设计电路：在电路设计中，需要充分考虑寄生二极管的特性和工作环境，选择合适的保护电路，如二极管、稳压器等，来限制和分流寄生二极管的电流。
了解MOS管，看这个就够了！
了解MOS管，看这个就够了！MOS管学名是场效应管，是⾦属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。
本⽂就结构构造、特点、实⽤电路等⼏个⽅⾯⽤⼯程师的话简单描述。
其结构⽰意图：解释1：沟道上⾯图中，下边的p型中间⼀个窄长条就是沟道，使得左右两块P型极连在⼀起，因此mos管导通后是电阻特性，因此它的⼀个重要参数就是导通电阻，选⽤mos管必须清楚这个参数是否符合需求。
解释2：n型上图表⽰的是p型mos管，读者可以依据此图理解n型的，都是反过来即可。
因此，不难理解，n 型的如图在栅极加正压会导致导通，⽽p型的相反。
解释3：增强型相对于耗尽型，增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，如图。
栅极电压越低，则p型源、漏极的正离⼦就越靠近中间，n衬底的负离⼦就越远离栅极，栅极电压达到⼀个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离⼦连在⼀起，形成通道，就是图⽰效果。
因此，容易理解，栅极电压必须低到⼀定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越⼩。
由于电场的强度与距离平⽅成正⽐，因此，电场强到⼀定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n 型负离⼦的“退让”是越来越难的。
耗尽型的是事先做出⼀个导通层，⽤栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。
但这种管⼦⼀般不⽣产，在市⾯基本见不到。
所以，⼤家平时说mos管，就默认是增强型的。
解释4：左右对称图⽰左右是对称的，难免会有⼈问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。
但在实际应⽤中，⼚家⼀般在源极和漏极之间连接⼀个⼆极管，起保护作⽤，正是这个⼆极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实⽤。
我的⽼师年轻时⽤过不带⼆极管的mos管。
⾮常容易被静电击穿，平时要放在铁质罐⼦⾥，它的源极和漏极就是随便接。
解释5：⾦属氧化物膜图中有指⽰，这个膜是绝缘的，⽤来电⽓隔离，使得栅极只能形成电场，不能通过直流电，因此是⽤电压控制的。
在直流电⽓上，栅极和源漏极是断路。
mos管的bv击穿电压
mos管的bv击穿电压英文回答：BV (Breakdown Voltage) is a crucial parameter for MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) as it determines the maximum voltage that the device can handle before it enters the breakdown region and starts conducting heavily. It is essential to understand and consider the BV value when designing and selecting MOSFETs for specific applications.The BV value of a MOSFET is typically specified as BVdss (Drain-Source Breakdown Voltage) or BVgss (Gate-Source Breakdown Voltage), depending on the breakdown mechanism. BVdss refers to the voltage at which the drain-source junction breaks down, while BVgss refers to the voltage at which the gate-source junction breaks down.The BV value is crucial because exceeding it can leadto irreversible damage to the MOSFET. When the MOSFETenters the breakdown region, excessive current flows through the device, leading to overheating and potential destruction. Therefore, it is vital to operate the MOSFET within its specified BV limits to ensure reliable and safe operation.Let me give you an example to illustrate the importance of BV. Suppose you are designing a power supply circuitthat requires a MOSFET to handle a maximum voltage of 100V. You come across two MOSFET options: MOSFET A with a BVdss of 80V and MOSFET B with a BVdss of 120V. In this scenario, MOSFET B would be the better choice because its BVdss exceeds the required voltage, providing a safety margin and ensuring that the MOSFET operates within its specified limits. On the other hand, if you were to use MOSFET A, it would likely enter the breakdown region and fail when subjected to the maximum voltage of 100V.中文回答：BV（击穿电压）是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的一个关键参数，它决定了器件在进入击穿区域并开始大量导通之前能够承受的最大电压。
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
mos管雪崩击穿原理
mos管雪崩击穿原理
mos管雪崩击穿原理是指当MOS管的栅-源结或栅-漏结处的
电场强度达到一定值时，会发生电子与正空穴的雪崩击穿现象，导致结内的载流子数量急剧增加，电流急剧增大，从而对
MOS管造成损坏。
MOS管是由栅极、漏极和源极组成的一种半导体器件。
当MOS管处于开启状态时，栅极施加的电压控制了漏极-源极之
间的电流流动，而栅极-漏极或栅极-源极之间的结负责控制器
件的操作。
在正常操作中，当栅极施加的电压较低时，MOS管的结处形
成了一个屏障，阻碍了电流的流动，器件处于断开状态。
当栅极施加的电压增大到一定程度时，电场强度也会增大，电子与正空穴之间的碰撞增多，加速电子能量增大，导致一部分电子获得了足够的能量突破屏障，电流开始通过。
这个过程叫做击穿。
当电场强度进一步增大时，电子与正空穴之间的碰撞会更加频繁，足够多的电子通过击穿屏障，导致电流急剧增大，这种情况叫做雪崩击穿。
雪崩击穿会对MOS管造成瞬间的过电流，
导致电压超过器件的耐压能力，可能造成器件损坏。
因此，保证MOS管在正常工作范围内，避免电压超过耐压能力，是防止雪崩击穿的重要措施。
mos管的bv测试条件
mos管的bv测试条件
MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常见的场效应晶体管，用于放大或开关电子信号。
BV（Breakdown Voltage）测试条件是用来测试MOS管的击穿电压的条件。
击穿电压是指在该电压下，器件会发生击穿现象，导致电流急剧增加。
BV测试条件通常包括以下几个方面：
1. 电压范围，BV测试通常需要在一定的电压范围内进行，以确定MOS管的击穿电压。
这个范围通常是根据器件规格和应用来确定的。
2. 测试环境，BV测试通常在实验室或者工厂的控制环境下进行，确保测试的准确性和可重复性。
温度、湿度等环境因素可能会影响测试结果，因此需要进行相应的控制。
3. 测试设备，BV测试通常需要使用高精度的电压源和电流表等测试设备，以确保对MOS管的击穿电压进行准确测量。
4. 测试方法，BV测试可以采用直流或者脉冲的方式进行，具体取决于MOS管的使用场景和要求。
在测试过程中需要记录电压和
电流的变化，以确定击穿电压。
总的来说，BV测试条件需要在一定的电压范围内，使用适当的测试设备和方法，在控制的环境下进行，以确保对MOS管的击穿电压进行准确可靠的测试。
这样可以帮助制造商和用户了解MOS管的性能特点，为其在电路设计和应用中提供参考依据。
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微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究
班级：微电子0901
学号：******
姓名：***
指导老师：****
日期：2012.5.20
一、目的
研究MOSFET漏源极击穿特性，主要包括：
1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响
2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响
3.介绍源漏穿通穿通
二、工作原理
当V DS增大到漏源击穿电压BV DS的值时，反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿，或在漏区与源区之间发生穿通。
这时I D将迅速上升，如图所示。
通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度，可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线
三、仿真过程
首先构建NMOS结构
源代码如下：
go athena
# 网格定义（创建非均匀网格）
# Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)
line x loc=0.00 spac=0.10
line x loc=0.20 spac=0.01
line x loc=0.60 spac=0.01
#
line y loc=0.00 spac=0.008
line y loc=0.2 spac=0.01
line y loc=0.5 spac=0.05
line y loc=0.8 spac=0.15
#初始衬底参数：浓度、晶向等（浓度1.0e14/cm2晶向100方向）
# Initial Silicon Structure with <100> Orientation
init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d
# 栅极氧化及优化（使氧化层厚度约为100A）
# Gate Oxidation
diffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3
# 提取栅极厚度
#
extract name="Gateoxide" thickness material="SiO~2" mat.occno=1 x.val=0.3 # 阈值电压调整注入（注入9.5e11/cm2的）
# Threshold Voltage Adjust implant
implant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal
# 多晶硅淀积
# Conformal Polysilicon Deposition
deposit polysilicon thick=0.20 divisions=10
# 多晶硅刻蚀
# Poly Definition
etch polysilicon left p1.x=0.35
# 多晶硅氧化
# Polysilicon Oxidation
method fermi compress
diffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00
# 多晶硅参杂
# Polysilicon Doping
implant phosphor dose=3e13 energy=20 crystal
# 隔离氧化层淀积
# Spacer Oxide deposition
deposit oxide thick=0.12 divisions=10
# 侧墙氧化隔离层的形成
etch oxide dry thick=0.12
# Source/Drain Implant
# 源漏注入
implant arsenic dose=5e15 energy=50 crystal
# 源漏退火
method fermi
diffus time=1 temp=900 nitro press=1.00
# 刻蚀通孔
# Open Contact Window
etch oxide left p1.x=0.2
# 铝淀积
# Aluminum Deposition
deposit aluminum thick=0.03 divisions=2
# 刻蚀铝电极
# Etch Aluminum
etch aluminum right p1.x=0.18
#计算结深
extract name="nxj" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.2 junc.occno=1 #获得N++源漏极方块电阻
extract name="n++ sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \
x.val=0.05 region.occno=1
#测量LDD方块电阻
extract name="ldd sheet res" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 \
x.val=0.3 region.occno=1
#测量长沟倒阈值电压
extract name="1dvt" 1dvt ntype qss=1e10 x.val=0.5
#结构镜像
struct mirror right
#定义电极
electrode name=source x=0.1
#
electrode name=drain x=1.1
#
electrode name=gate x=0.6
#
electrode name=backside backside
#
struct outfile=nmos1.str
生成结构后，进行仿真
源代码如下：
go atlas
#
#调用结构文件
mesh infile=nmos.str
#
#指定接触面特性
contact name=gate n.polysilicon
interf qf=3E10
# Set models
models print cvt consrh
#用于击穿分析的雪崩碰撞电离模型
impact selb
method newton trap climit=1e-4 #注①#
# open log file
log outf=mos1.log
solve vdrain=0.025
solve vdrain=0.05
solve vdrain=0.1
solve vdrain=0.5
solve vstep=0.25 vfinal=12 name=drain compl=1e-7 cname=drain #注②#
save outf=mos1_1.str
#
extract name="NVbd" x.val from curve(abs(v."drain"),abs(i."drain")) where y.val=1e-9
tonyplot mos1.log -set mos1_log.set
tonyplot mos1_1.str -set mos1_1.set
quit
四、结果与讨论
首先，对衬底掺杂浓度对击穿电压的影响进行了研究，
将init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d 语句中的浓度参数进行了调整
分别使c.boron=1.0e15 和c.boron=1.0e17
经过仿真可得到一组图像：
c.boron=1.0e15 c.boron=1.0e16 c.boron=1.0e17
1e15。