晶体管阈值电压
Aaron · 2010-08-04 23:14 · 31093 次点击
晶体管阈值电压(Thresholdvoltage):
场效应晶体管(FET)的阈值电压就是指耗尽型FET的夹断电压与增强型FET的开启电压。
(1)对于JFET:
耗尽型JFET的沟道掺杂浓度越高,原始沟道越宽,则夹断电压就越高;温度升高时,由于本征载流子浓度的提高和栅结内建电势的减小,则夹断电压降低。
对于长沟道JFET,一般只有耗尽型的器件;SIT(静电感应晶体管)也可以看成为一种短沟道JFET,该器件就是增强型的器件。
(2)对于MOSFET:
*增强型MOSFET的阈值电压VT是指刚刚产生出沟道(表面强反型层)时的外加栅电压。
①对于理想的增强型MOSFET(即系统中不含有任何电荷状态,在栅电压Vgs=0时,半导体表面的能带为平带状态),阈值电压可给出为VT=(SiO2层上的电压Vi)+2ψb=-/Ci+2ψb,式中Vi≈(耗尽层电荷Qb)/Ci,Qb=-(2εεoqNa),Ci是单位面积的SiO2电容,ψb是半导体的Fermi势(等于本征Fermi能级Ei与Ef之差)。
②对于实际的增强型MOSFET,由于金属-半导体功函数差φms和Si-SiO2系统中电荷的影响,在Vgs=0时半导体表面能带即已经发生了弯曲,从而需要另外再加上一定的电压——“平带电压”才能使表面附近的能带与体内拉平。
因为金属-半导体的功函数差可以用Fermi势来表示:φms=(栅金属的Fermi势ψG)-(半导体的Fermi势ψB),ψb=(kT/q)ln(Na/ni),对多晶硅栅电极(通常是高掺杂),ψg≈±0.56V。而且SiO2/Si系统内部和界面的电荷的影响可用有效界面电荷Qf表示。从而可给出平带电压为Vfb=φms-Qf/Ci。
所以,实际MOSFET的阈值电压为VT=-/Ci+2ψb+φms-Qf/Ci。
进一步,若当半导体衬底还加有反向偏压Vbs时,则将使沟道下面的耗尽层宽度有一定的增厚,从而使阈值电压变化为:VT=-/Ci+2ψb+φms-Qf/Ci。
在制造MOSFET时,为了获得所需要的VT值和使VT值稳定,就需要采取若干有效的技术措施;这里主要是控制Si-SiO2系统中电荷Qf:其中的固定正电荷(直接影响到VT值的大小)与半导体表面状态和氧化速度等有关(可达到