MOS管外加栅压对漏二极管击穿电压影响及解决方案

在漏结附近高电导电极的存在，对于结的雪崩击穿特性的影响非常明显，由此可告，击穿特性同样受到外加栅极电压变化的强烈影响¹⁸。例如对于一个栅极绝缘物相当薄而在雪崩区域工作的n沟道MOS场效应晶体管，在其栅极上外加负电压势必导致栅极和漏电极之间的电位差进一步增大。这个结果将使直接在栅电极下面的硅表面附近的耗尽区内的电场强度有更大的增加。因而，在这个区域内，由于电场强度的增大雪崩机理获得加强，观测的击穿电压将随外加负栅压益负而下降。相反，假如在同样的n沟道MOS场效应晶体管的栅电极上外加一小的正电压，临界高场区内的电场强度将下降，而观测到的雪崩击穿电压将增高。MOS管击穿电压。虽然对MOS场效应晶体管极少故意施加偏压而使其进入雪崩区，但是，其它的MOS型结构利用肖克莱（Shockley）和胡珀（Hooper）²⁰以及内桑森（Nathanson）²¹等人研究的上述受栅极电压影响的雪崩击穿电压机理，也能达到电场对雪崩击穿电压和实际的放大性能进行调整。

再次考虑n沟道MOS场效应晶体管的情况，已经证明，在外加栅-源电势更愈来愈负时，观测到的漏结雪崩击穿电压下降。然而，如果低电阻率漏扩散区表面掺杂浓度足够低（其数量级约为10¹⁹~10¹⁸/厘米³），对于相当大的负外加栅压，其它机理开始对雪崩过程发生影响。假如栅电极覆盖漏扩散区相当的一部分，在分隔这两个区域的薄栅极绝缘物中，电场强度可以变得足够大，使得为栅极所覆盖的那部分漏扩散区内产生p型表面反型层。（足以形成反型层的栅压，正如沟道阈电压的情况一样，与扩散漏区表面掺杂浓度、固定正界面电荷密度、分隔漏-栅的绝缘物厚度以及扩散区和栅电极之间的功函数差有关。假如在扩散区的掺杂浓度太高，形成反型层所需电压就很高，以致在反型发生之前，绝缘层便遭破坏。）

如图4.24所示，应用高的负栅压可使直接在栅极下面的n⁺扩散区表面形成p⁺反型层。MOS管击穿电压。与此类似，如图4.25所示，对于非常大的正栅电压，在覆盖栅电极下面的p⁺扩散区内可以形成n⁺表面反型层。在这两种结构中都形成了场感应p⁺-n⁺结，这种结能够借隧道发射在比较低的反向偏压下经受击穿¹⁸。

在反向偏压场感应p⁺-n⁺结中的耗尽区厚度是极薄的。假设重扩散区的掺杂浓度和栅极绝缘物的电场强度都足够高，结的两侧就都是简并的。（亦即，在、结的n⁺侧费密能级将在导带界限之上，而在p⁺侧则在价带界限之下。）让外加漏一衬电压等于零，在两个结构中就都没有电流通过，因而出现平衡状态。对于图4.24和4.25中形成的p⁺-n⁺结，其漏一衬电压为零时的能带图由图4.26表示。

当用适当极性的漏-衬电压使每一结构中的场感应p⁺-n⁺结反偏时，则在p⁺区价带中，有许多电子能量高于n⁺区导带未占有电子态的能量，情况如图4.27所示。

虽然在耗尽区内存在势垒禁止占据这些状态，众所周知，对足够窄的势垒，量子力学认为，对于价带中能量状态较高的许多电子有可能通过隧道贯穿耗尽区而进入结的n⁺一侧的空态。结果使得电流随反向偏压的增加而增加，并将发生隧道发射击穿。

应该注意的是隧道发射击穿在典型的MOS结构中很少观测到。且只有在扩散漏区表面掺杂浓度相当窄的范围内才存在这种现象。假如掺杂浓度太高，在漏区实现表面反型所需的栅电压就需高于绝缘区的击穿强度，后者将在反型发生之前遭到破坏。另一方面，假如掺杂浓度太低，漏区将不发生简并，就不能获得以前讨论的产生电子隧道效应的条件。

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