【正文】 39。 MOSFET頻率特性 三、提高 MOSFET頻率性能的途徑 提高遷移率 縮短溝道長度 減小寄生電容 2)(415LVV TGSng m??? ??t?t?25??Tgm39。 溝道中各處電場不同 ?? ?????LdydVdyddydVdyd0 ?tt?t])([]2)([)()()( m a xTGSoxoxBFBFGSoxBsnVyVVCCQVyVVCyQyQyQ???????????? ?忽略了 QBmax隨 y的變化 dyydVVyVVWCIdyydVyWQyITGSoxnDSnnn)(])([()()()(????????? 常數(shù)，電流連續(xù)性）117 21212121)1(21)(])1(1)[()()(,。 ?gdCgsdsgsmsioPdsgsgmsLgmsLdogsgiRrCgPPKrCigRugRiPRiP?????????????222222241)(41)2()2(??輸出功率輸入功率ug 115 gsdsgsmsioP RrCgPPK ????22241? 可見，隨頻率上升， KP下降。)1(21gdVgsgsmsT CACCgf????? ?114 最高振蕩頻率 fM Cgs Rgs RL=rds rds gmsug + us ug + 計算 fM的等效電路 ig id id/2 當(dāng)功率增益 Kp=1時對應(yīng)的頻率為最高振蕩頻率 fM 當(dāng)輸入、輸出端均共軛匹配，且認(rèn)為反饋電容 時，有最大功率增益。39。000 ?????? VVosVoL AAuuAuR 故反相，與由于，實際放大器中39。39。dsC — 并聯(lián)在輸出端，對輸出電流起分流作用， gmsug的一部分流過該電容，使 id減小 數(shù)為放大器的電壓放大系其中soV uuA ?39。 113 寄生參數(shù)的影響： 3個電容 39。)(432 LVVCgfCCCTGSngsmsTgdgsgs?????????時，、當(dāng)LWCVVgW L CCCoxnTGSmsoxGgs?? ?????)(32322)(415LVV TGSng m??? ??同，但本質(zhì)相同。21gdgsgsmsT CCCgf???? ?239。21gdgsgsmsT CCCgf???? ?取了一級近似 112 39。1]1[gdsgsgssmsdgdgsgsgsgssgCjuCRjugiCjCRjCjCjui?????????????39。39。dsCig id 計算 fT的等效電路（ 3個電容） 定義：當(dāng)輸入電流 ig與交流短路輸出電流 id相等時對應(yīng)的頻率，記為 fT. 輸入回路中， Cgs的容抗隨 f的上升而減小，使 ig上升，同時 ug下降，gmug也下降。gdC39。M O S F E T????????????gdGgsGgdGgscVDSchgdcVGSchgsCCCCCCCVQCVQCGSDS飽和區(qū)線性區(qū)中 Cgd定義相同，在線性區(qū)各為 CG(Cg)的一半 Cgs定義不同， JFET為 CG的一半； MOSFET為 CG 飽和區(qū) MOSFET： Cgs占大半， Cgd≈0 oxG W L CC ?QI、 Qch之與 Cgs 108 167。bdC較完整的 MOSFET小信號等效電路 Cgs柵源之間分布電容的等效電容 Cgd等效的柵漏電容 Rgs對柵源電容充放電的等效溝道串聯(lián)電阻 (≈2/5Ron) Rs、 Rd源、漏區(qū)串聯(lián)電阻 CVGSchgsDSVQC????CVGDchgdGSVQC????CVVGSIgsGSDSVQC?????JFET 107 與 JFET比較： （估算）飽和區(qū)線性區(qū)中g(shù)dgsgdgscVDSIgdcVVGSIgsCCCCCCVQCVQCggGSGSDS?????????????2121J F E T0。gbC39。gdC39。gdCgdCgsCgsR39。bsC39。gsCgsC gdC39。 DSD s a tDSD s a tD s a tD s a tTGSe f foxnD s a te f fdVLdLLLIdVdIgLLIVVLWCILLL)()1()1()(22**121*????????????????帶入，得以為有限值 102 漏區(qū)電場的靜電反饋效應(yīng) 發(fā)自漏區(qū)的電力線有部分終止在溝道載流子電荷上 ，導(dǎo)致隨漏源電壓增大 ， 溝道電子密度增大 ， 溝道電導(dǎo)增大 ， 漏源電流不完全飽和 。VBS~VGS ? 可看作理想 MOS與 JFET的并聯(lián) 99 小信號漏端電導(dǎo) gds cVVDSDSdsBSGSVIg????,漏極電流微分增量與漏源電壓微分增量之比，表示漏源電壓 VDS對漏極電流IDS的控制能力 )(]21)[( 2DSTGSdsDSDSTGSDSVVVgVVVVI???????? 得由 gds隨 VDS增大而線性減小，即由非飽和區(qū)向飽和區(qū)， IDS隨VDS的變化趨緩，以至進入飽和區(qū)不再隨 VDS變化 在線性區(qū)， VDS很小，忽略后 msTGSd s lds gVVgg ???? )(?且正是導(dǎo)通電阻的倒數(shù)。 兩者 VGS的范圍也不同 。)(1 **93 兩者溝道導(dǎo)電能力隨柵源電壓變化規(guī)律不同 。 )(39。 MOSFET頻率特性 一、 MOSFET的低頻小信號等效電路 低頻小信號參數(shù) + + + S D G B VDS0 VGS0 VSB0 ID ? MOSFET的柵跨導(dǎo) gm(跨導(dǎo)） ? 小信號襯底跨導(dǎo) gmb ? 小信號漏端電導(dǎo) gds ? 電壓放大系數(shù) ? ΔVGS ID+ΔID VGS0 + cVVGSDSmBSDSVIg????,MOSFET的柵跨導(dǎo) 跨導(dǎo)）小信號襯底跨導(dǎo)小信號漏端電導(dǎo)電壓放大系數(shù)cVVBSDSmbGSDSVIg????,ΔVBS VSB0 + cVVDSDSdsBSGSVIg????,ΔVDS + cIGSDSDSVV?????的柵跨導(dǎo) 跨導(dǎo)） 小信號襯底跨導(dǎo) 小信號漏端電導(dǎo) 電壓放大系數(shù) GS IDS=c GS0 ΔVDS + 92 MOSFET的柵跨導(dǎo) gm(跨導(dǎo)） cVVGSDSmBSDSVIg????,漏極電流微分增量與柵源電壓微分增量之比，表示柵源電壓 VGS對漏極電流 IDS的控制能力 —— 與 JFET的跨導(dǎo)有相同的意義 ]21)[( 2DSDSTGSDS VVVVI ??? ?DSm Vg ??? ?器件工作在非飽和區(qū)時，跨導(dǎo) gm僅隨漏極電壓 VDS線性增大 )()(2 2TGSmsTGSD s a tVVgVVI???????在飽和區(qū)中，跨導(dǎo) gms僅隨柵源電壓 VGS線性變化 實際 MOSFET中的 附加串聯(lián)電阻 導(dǎo)致 跨導(dǎo)的實際值低于理論值 。 MOSFET擊穿特性 二、 MOSFET的柵擊穿 ? 當(dāng) VGS=BVGS時，柵極下面絕緣層被擊穿 ? 是 不可逆擊穿 ，一般使柵極與襯底短路而使器件失效 ? 理論上，柵氧化膜的擊穿場強為(5~10)8 106V/cm， 且隨氧化膜質(zhì)量而下降 ? 擊穿時，擊穿點電流密度可達 106~1010A/cm2，峰值溫度 4000K ? 由于柵絕緣層有很高的絕緣電阻，柵電容很小，柵氧化層很薄，所以，要特別注意 MOS器件的 柵保護 問題 ? 測試和使用時，要十分小心避免靜電，存放時使各極短路及使用 防靜電 包裝 ? 在器件設(shè)計時，在柵輸入端引入 保護結(jié)構(gòu) 90 167。 柵極電位低于漏極電位時 ， 漏區(qū)發(fā)出的場強線的一部分終止在柵電極 ， 改變近表面處漏 pn結(jié)勢壘寬度 ， 使之趨向于縮小 ， 因而更不容易穿通 。 在雙極晶體管中 ． 未穿通前的發(fā)射結(jié)是正偏的 、 穿通時的勢壘已經(jīng)比較低 ， 只要稍稍增加一點 Vce就足以使 Ic開始急劇增大 ， 所以一維理論的估算值與實測是一致的 。 實驗發(fā)現(xiàn) ， MOSFET的 Vpt的實測值要比按簡單一維理論的估算值高很多 ， 簡單一維理論認(rèn)為漏源兩 PN結(jié)勢壘連通就是穿通 。 雙極晶體管從基區(qū)穿通開始增加 Vce時 ， 同樣引起勢壘區(qū)電場 、 電勢重新分布 ， 從發(fā)射區(qū)到基區(qū)的勢壘高度降低 。 此時，正偏源結(jié)注入，反偏漏結(jié)收集，電流 IDS急劇增大，發(fā)生勢壘穿通下的漏源擊穿。雪崩時，在控制柵上加正電壓可促進電子的注入，故可在較低漏壓下使浮柵存儲較多電荷 當(dāng)用紫外光照射或在控制柵上加較大偏壓時，浮柵電子吸收光子能量或在電場作用下，再次越過勢壘，通過襯底或外柵釋放（ 擦除 ） 86 一、漏源擊穿 漏源勢壘穿通 —— 短溝器件漏源耐壓的限制因素之一 VDS作用于 n+pn+之間（ nMOSFET)， 對源 n+p結(jié)為正偏，對漏pn+為反偏。當(dāng) VDS使漏結(jié)雪崩時，電子注入浮柵，并逐漸使表面反型而出現(xiàn)導(dǎo)電溝道（ 寫入 ）。 柵氧化層帶電將屏蔽柵電場，使漏極電場減弱。 83 ? 雪崩注入現(xiàn)象 （熱載流子效應(yīng)） 漏（源）對襯底的擊穿電壓蠕變： ? 時間約 1秒； ? 在①處 ID越大，轉(zhuǎn)移越快； ? 在②處降低 VD， 再加壓，直接呈現(xiàn)② ； ? 在 500℃ 退火后，重新測試，呈現(xiàn)①并轉(zhuǎn)移到② 。 MOSFET擊穿特性 一、漏源擊穿 漏源雪崩擊穿 ? 漏 襯底 pn結(jié)雪崩擊穿 ? 溝道雪崩擊穿 ? 雪崩注入現(xiàn)象 ? 雪崩注入現(xiàn)象應(yīng)用 —— 柵調(diào)制擊穿 漏源擊穿 柵擊穿 雪崩擊穿 勢壘穿通 柵調(diào)制 溝道雪崩 寄生晶體管 81 ? 柵電極覆蓋情況 ? 襯底電阻率和結(jié)深 ? 氧化層厚度 ? 柵極電壓極性和大小 ? 漏 襯底 pn結(jié)雪崩擊穿 —— 柵調(diào)制擊穿 82 一、漏源擊穿 漏源雪崩擊穿 ? 溝道雪崩擊穿 （溝道擊穿） 在夾斷區(qū) ， 特別是短溝器件中 ， VDS在溝道方向上建立較強電場 ， 使溝道中載流子通過碰撞電離和雪崩倍增產(chǎn)生大量電子 空穴對 。 79 167。 78 現(xiàn)象： VGS＝ 0的曲線漂移 原因：可動離子沾污；磷硅玻璃中磷含量大； 現(xiàn)象：柵電流大，柵源短路。 現(xiàn)象： VGS＝ 0時，圖示儀顯示雙線。 原因：擴散時磷沾污，在漏結(jié)處出現(xiàn)合金點； 各種原因?qū)е聹系雷兌蹋绰﹦輭敬┩ǎ? pn結(jié)劣化，擊穿電壓下降。 原因：襯底材料電阻率太低； 工藝原因?qū)е聹系里@著變短。 76 現(xiàn)象：跨導(dǎo)小 原因：工藝原因造成漏、源串聯(lián)電阻過大； 工藝原因造成表面