P沟道MOS管的阈电压特性及电荷分布分析详解

P沟道MOS管的阈值电压

在平衡条件下，用均匀掺杂n型硅衬底制作的，具有二氧化硅栅极绝缘物的p沟道MOS场效应晶体管的电荷分布见图2.16。

图2.16（a）表示在栅电极上负电压较小时，只存在扩展到x=xd的由非可动离化受主组成的表面耗尽区。图2.16（b）表示栅极电压足够负以致使n型硅表面反型，形成p型反型层的情况。图2.16中使用的符号与图2.7相同，唯一的不同是在p型表面反型层内单位面积电荷密度现在用Qn表示。P沟道MOS管的阈电压。当衬底材料是n型时，反型层和耗尽层内的电荷密度都取正值，而当衬底材料是p型时，则上述两种电荷密度都取负值。因为p沟道MOS场效应晶体管几乎全用n型衬底制成，此可知正反型层电荷密度和耗尽层电荷密度将和氧化物-硅界面上的固定正电荷密度相加。因此，栅电极上的电荷和器件的阈电压由于电荷中性条件的结果而全取负值。

用均匀掺杂n型硅衬底制作的p沟道MOS场效应晶体管的阈电压由（2.44）给出，此处表面耗尽区单位面积最大电荷密度近似等于

因为在阈电压方程内的-Qss，-QSD_max和+（фMS'+2фF）均取负值。因此，p沟道器件的阈电压始终为负，而与硅衬底受主掺杂浓度或Qss值无关。然而在需要p沟道MOS器件具有耗尽型特性的情况下，有几种技术可以使用。P沟道MOS管的阈电压。获得p沟道耗尽型器件使用最为广泛的方法是贯穿栅极绝缘物而对介于源漏之间的硅表面注入薄层受主杂质，由此提供一个介于两区之间甚至在零栅电压下也存在的p型导电层。

应用（2.44）以及从图2.10和2.11得到的фMS'+2фF值和从图2.6得到的表面耗尽区单位面积最大电荷密度，可以算出在室温下工作的铝栅p沟道MOS场效应晶体管的理论阈值电压，而且是均匀掺杂n型硅衬底掺杂浓度和位于氧化物-硅界面单位面积固定正电荷密度以及二氧化硅栅极绝缘物厚度的函数，正如先前对n沟道器件所作的一样。P沟道MOS管的阈电压。栅极绝缘物由厚度为1000A的二氧化硅构成的p沟道铝栅MOS晶体管理论阈电压是Qss和衬底掺杂浓度的函数其特性曲线见图2.17。

在铝和硅衬底间有厚度为15000A的二氧化硅隔开的p沟道铝栅结构的厚场阈电压理论曲线见图2.18。

p沟道MOS场效应晶体管阈电压特性对衬底掺杂浓度的函数关系与n沟道器件的特性非常相似。对于低值的Qss，和低施主掺杂浓度的衬底，阈电压主要决定于фMS'+2фF，对于高值的施主掺杂浓度，则主要决定于表面耗尽区单位面积最大电荷密度。如前面所提到的，对于均匀掺杂的衬底和仅由二氧化硅构成栅极绝缘物的情况，p沟道器件阈电压总是取负值，而当其它参数保持不变时，衬底电阻率越低，阈电压越负。

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