COMS基础及工艺.pptx

MOS器件基础及CMOS集成技术
摩尔定律
,芯片上的晶体管数大约每隔一年(后来1975年修正为18个月)翻一翻。进30年来产业规模和技术水平的增长规律验证了摩尔定律的正确性。
器件及IC的特征尺寸每3年缩小4倍,集成度提高4倍,性能/价格比同步提高。
“摩尔定律”的三种"版本":
1、集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一番。 2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍,而价格下降一倍。 3、用一个美元所能买到的电脑性能,每隔18个月翻两番。
MOS器件结构及特性
1. MOSFET结构及工作原理其分类金属-氧化物-半导体(MOS)晶体管是一个四端器件:
G(栅)——薄膜氧化层+ 栅电极层(金属或重掺杂多晶硅)
S/ D(源漏) ——栅极两侧两个重掺杂区形成背对背的pn结
B(衬底)——通常是硅
源漏两个电极之间的区域称为沟道区,源漏及沟道区通称有源区,有源区之外称场区,场区上的氧化层(FOX)通常比栅氧化层厚一个数量极,以提高阈值,实现器件之间的隔离。
注意:由于MOS晶体管的结构是对称的,因此在不加偏压时, 无法区分器件的源和漏,只有加电压之后才能确定哪一端是源,哪一端是漏。
MOS器件结构
场区
MOSFET的基本工作原理
对于n沟增强型MOSFET,当栅压增大时,p型半导体表面的多数载流子空穴逐渐减少、耗尽,而电子逐渐积累到反型。使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压 VT (随温度的升高而降低)。
当表面达到反型时,电子积累层将在n+源区和n+ 漏区之间形成导电沟道。
当Vds≠0时,源漏电极之间有较大的电流 Ids 流过。当 Vgs>VT 并取不同数值时,反型层的导电能力将改变,在相同的 Vds 下也将产生不同的 Ids , 实现栅源电压 Vgs对源漏电流 Ids 的控制。
耗尽型则是在零栅压是也是导通的,若要截止,需要施加栅压将沟道耗尽才行,使导电沟道开始消失的栅压称为夹断电压(Vp)。
MOSFET的分类:
N沟MOS晶体管(nMOST)的衬底为p型,源漏区为重掺杂的n+区,沟道中的载流子为电子;
p沟MOS晶体管(pMOST)的衬底为n型,源漏区为重掺杂的p+区,沟道中的载流子为空穴。
MOS器件在正常情况下,只有一种载流子(n沟为电子,p沟为空穴)在工作,因此也称这种器件为单极晶体管,这是与双极晶体管相对而言的,双极晶体管在正常工作时与两种类型的载流子(电子和空穴)都有关。
:
MOSFET在零栅压时不存在漏源导电沟道,这种常断(关断)器件,通常称为增强型器件(E器件)。在这种器件中,为了形成导电沟道,需要施加一定的栅压,使之形成导电沟道时的最小栅压称为阈值电压或开启电压。
MOSFET在零栅压时,漏和源之间就已经存在一个导电沟道,即在零栅压时,器件也是导通的(常通器件),若要使这种器件截止,需要施加栅压将沟道耗尽才行,因此称这种器件为耗尽型器件(D器件)。它不像增强型器件那样,电流只在表面流动,而是在远离表面的体区中流动,因此耗尽型器件有时也称为埋沟型器件。
四种不同类型的MOSFET
器件类型
常态
栅压
n沟
p沟
增强型
关
+Vg开启
-Vg开启
耗尽型
开
-Vg关闭
+Vg关闭