信息来源: 时间:2022-1-10
在推导MOSFET的电学特性中,开始假定沟道中载流子的迁移率不是外加-衬底电压的函数。但是,这种假定并非完全正确,特别是栅压很低或者很高时会有一定的偏差。一般地,迁移率恒定的假设,其正确的程度如何是与硅-绝缘层界面的物理结构有关。如果硅-绝缘层的交界面上有许多表面陷阱状态,低栅压时,沟道中载流子的迁移率就会显著地减小。这种影响是很容易理解的。倘若栅极电位相对于衬底稍为正一些,定有少量电子从P型材料的体内往硅-绝缘层界面移动。但是,其中多数电子将被表面陷阱俘获而变成不会移动的电子。这一来,沟道区所有电子的有效迁移率势必要比正常的漂移-迁移率值小,因为其中大部分电子是不会移动的。其实,有效迁移率就是上述过程的净结果。
如果: n为沟道区域中每立方厘米的电子总数。
nt为沟道区域中每立方厘米被俘获的电子总数。
n-nt为沟道区域中每立方厘米的自由电子总数。
μn为衬底中电子的正常漂移迁移率。
则沟道区中电子的有效源移迁移率为
上式为考虑几种因素的净结果。但是,被陷阱俘获的电子是不会移动的,按照定义,我可以认为
因而沟道区中电子的有效迁移率为
由于(n-nt/n)的数值总是小于1;因而有效的迁移率要比体内迁移率μn小些。
随着正栅压的增大,愈来愈多的电子离开P-型衬底而被吸引到沟道区。剩下的陷阱迅速地被填满,最移,沟道中自由电子的数目就大大超过被陷阱所俘获的电子数,即n 》nt,那么,理论上可以认为,有效迁移率与体内的数值相近。
实际上,由于其它因素的影响,栅压不很高时,有效迁移率要比体内迁移率稍为小些。
对于典型的N-型沟道增强型晶体管而言,栅极电位至少要达到正几伏,漏-源才能产生电导。
顾名恩义,阈值电压说明了这样的事实,即吸引到沟道中的第一个电子在表面立刻被俘获后,过程将一直发生到大部分陷阱被填满时为止,此后,沟道中才开始有可观的导带电子存在。通常,p-型沟道晶体管与其相似的N-型沟道器件相比,前者的阈值电压更大,因为它原先就有N-型沟道,因而沟道中来出现空穴之前,必须先将沟道中的电子耗尽。在表面,空穴也会被俘获。
在高栅压时,迁移率恒定的假设又有偏差。与低栅压时一样,其电子迁移率也要减小。不过这时导致迁移率减小的机理却与前者完全不同。栅极绝缘层是如此地薄,以至在高栅压时,栅极电场要超过106伏/厘米。栅极上达到这么高的电场强度时,就表明从漏经过沟道而渡越到源的载流子要受到一个“不可抗拒”的力的作用,从而将它吸引到硅-绝缘层的交界处,而且在渡越整个沟道的过程中,载流子将不断地被“弹开”。要是界面是完全平坦的,载流子在碰撞前后其动量矢量将持恒定。换言之,迁移率也将维持恒定。然而,这种情况是罕见的,两种材料之间的界面通常是不平坦且不完整的。界面越是粗糙无序,碰撞之后导致载流子的速率变化就越为杂乱。这样,必然引起其他的散射过程,与晶格以及杂质散射一样,这些散射过程也会使载流子的迁移率诚小。近来,半导体工艺的进展已极大地改善了半导体的表面状态,因而目前大多市售的MOS晶体管,栅压较高时迁移率稍有降低,对其性能影响并不大。一般MOS晶体管在高栅压时的特性会有所退化,但这主要是由于沟道的串联电阻而引起的,而导致迁移率减小的其他因素都是次要的。
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