1、Physics of Semiconductor Physics of Semiconductor Physics of Semiconductor DevicesDevicesDevicesMOS场效应晶体管场效应晶体管6.66.6、6.86.8、6.96.91、等效电路2、频率响应3、MOSFET的类型4、影响阈值电压的其他因素（1）掺杂浓度（2）氧化层厚度（3）衬底偏置Outline MOSFET的小信号特性是指在一定工作点上，输出端电流的微小变化与输入端电压的微小变化之间有定量关系。这是一种线性变化关系，可以用线性方程组描述小信号特性，其中不随信号电流和信号电压变化的常数即小信号参数。
2、一 等效电路小信号参数定义：定义：1.线性导纳在线性区的电阻称为开态电阻或导通电阻，可表示为：在UDS较小时，gdl与UDS无关。随着UDS的增大，但还未到饱和区，gdl将会减小。此时有：不可忽略2.跨导线性区：饱和区：饱和区的跨导与线性区的导纳相等3.饱和区的漏极电阻理想情况下，对于任何超过夹断条件的漏极电压，漏极电流为常数（电流与电压无关）。即对于VDVDsat时的情况，漏极电阻为无限大。饱和区漏极电阻定义为：饱和区电导gds在理想情况，若不考虑沟道长度调制效应，IDS与UDS 无关。饱和工作区的gds应为零，即输出电阻为无穷大。gds 0对于实际MOSFET，饱和区输出特性曲线总有一定的
3、倾斜，使输出电导不等于零，即输出电阻不为无穷大。4.串联电阻对电导gd和跨导gm的影响 对跨导的影响对跨导的影响由于MOSFET源区的体电阻、欧姆接触及电极引线等附加电阻的存在，使源区和地之间有一个外接串联电阻RS：如果RSgm很大：串联电阻（起负反馈作用）不能忽略时：对输出电导的影响对输出电导的影响若漏区的外接串联电阻为RD，在线性工作区受RS 及RD 影响的有效输出电导：1、RS 和RD会使跨导和输出电导变小；2、在设计和制造OSFET时应尽量减少漏极和栅极串联电阻。说明：二二 频率特性频率特性截止频率f0定义为MOSFET的输入电流和输出电流相等时的频率，即器件输出短路时，器件不能够放大
4、输入信号时的频率。gsgsgdgsZLffioxinV)C(2V)CC(2gsgimoutVoxCCZLG总的栅电容MOSFET的小信号等效电路输入电容Cin输出电容MOSFET中的电容包括MOS电容，以及MOSFET的极间电容CGS、CGD、CGB、CBD、CBS 等。MOS瞬态电路模型（瞬态电路模型（SPICE模型）模型）电路模型是由栅源电容CGS、栅漏电容CGD栅衬电容CGB、栅源覆盖电容CGS、栅漏覆盖电容CGD、MOS管中衬源和衬漏两个寄生PN结电容CBS和CBD、源极半导体材料串联电阻rS、漏极半导体材料串联电阻rd，沟道电流IDS、衬源和衬漏两个寄生PN结二极管电流IBS和IBD
5、、衬源和衬漏两个寄生PN结电压UBS和UBD等构成。覆盖电容是指栅区与源、漏区相应覆盖区域之间的电容。1、电路模型2、模型参数（1）电流参数：衬底漏二极管电流IBD和衬底源结二极管 电流IBS；（2）势垒电容：衬底漏CBD和衬底源结势垒电容CBS；（3）栅沟电容：栅源覆盖电容CGS、栅漏覆盖电容CGD、栅衬底覆盖电容CGB3、工作区域（1）截止区：沟道尚未形成；栅沟电容CGC等于栅衬底的 电容CGB；（2）线性区：沟道已经形成；栅沟电容CGC分解为栅源电 容CGS和栅漏电容CGD；CGC CGS+CGD（3）饱和区：沟道载流子电荷不随电极电压改变而改变。栅 漏电容为零：CGD 0；在临界饱和时
6、，沟道开始夹断：VDS VGS VT。1、对于N沟道MOSFET，在VGS=0时，不存在沟道，只有当VGSVT时，栅极下才感应导电沟道，这种MOSFET通常称为N沟道增强型（常闭型）。2、在VGS=0时，表面已形成反型导电沟道，器件处于导通状态，称为N沟道耗尽型（常开型）。要使N沟道耗尽，必须在栅极上施加一定的负电压。三 MOSFET的类型常闭型常闭型常开型常开型三 影响阈值电压的其他因素根据：可见：阈值电压与衬底的掺杂浓度和氧化层的厚度有关。1.衬底掺杂浓度和氧化层厚度的影响阈值电压与衬底掺杂浓度、氧化层厚度的关系控制阈值电压的方法：离子注入法调整阈值电压（1）离子注入法；由于用离子注入掺杂含量可以非常精确，所以能精确的控制阈值电压。（2）改变氧化层的厚度。这种方法广泛应用于MOSFET之间的隔离。这时，氧化层厚度比源漏区之外的氧化层（场区氧化层）薄得多。于是场区氧比层VTH比栅氧化层的VTH大得多。若将适当栅偏压同时加在硼氧化层和场氧化比层栅，栅下形成了反型沟道，而场氧化层下面的半导体表面仍保侍耗尽状态。2.衬底偏置的影响当有一反向偏压加在衬底和源之间(对于N沟道，加在P衬底上的电压VSB相对于源为负)时，耗尽层将加宽，使得空间电荷层中负的固定电荷QB增加增加固定电荷的QB：为达到强反型，外加栅电压必须增强来补偿QB，则有：
