MOS场效应管沟道中有效迁移率随栅压而变化的情况

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。

           n_t为沟道区域中每立方厘米被俘获的电子总数。

           n-n_t为沟道区域中每立方厘米的自由电子总数。

           μ_n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-n_t/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 》n_t，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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