伴隨半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展成熟,對(duì)作為大型集成電路基本單元的晶體管提出了更高的要求。摩爾定律表明了,隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求,器件的尺寸會(huì)不斷縮小。直到今天微電子技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)別,但等比例縮小到納米級(jí)尺寸時(shí)帶來(lái)了很多負(fù)面效應(yīng)。例如MOSFET尺寸減小的同時(shí)勢(shì)必會(huì)使溝道長(zhǎng)度變小,由此帶來(lái)更加明顯的短溝道效應(yīng)。而且集成電路的功耗限制和MOSFET晶體管的亞閾值擺幅在常溫條件下無(wú)法低于60m V/dec這兩個(gè)問(wèn)題,也使得MOSFET器件越來(lái)越難以滿足當(dāng)今的需求。傳統(tǒng)的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFET）是在P型和N型半導(dǎo)體材料之間增加一層低摻雜本征半導(dǎo)體的基礎(chǔ)上形成的。與金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）相比,TFET具有高靈敏度和低靜態(tài)功耗的優(yōu)點(diǎn)。普通隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管與MOSFET的導(dǎo)通原理不同,它通過(guò)載流子的隧穿機(jī)制進(jìn)行工作。這種工作機(jī)制能夠使TFET擁有更低的亞閾值擺幅,不再受到常溫下MOSFET型器件亞閾值擺幅始終不能低于60mV/dec的限制。因?yàn)閬嗛撝禂[幅直接影響到器件的開關(guān)性能,所以在器件開關(guān)性能這方面隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管要優(yōu)于MOSFET晶體管。但是由于隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管受到... 

【文章來(lái)源】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

第一個(gè)鍺晶體管Fig.1.1Firstgermaniumtransistor

第2章傳統(tǒng)晶體管介紹7圖2.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1Basicstructureofn-channelenhancedMOSFET2.1.2MOSFET晶體管工作原理N溝道增強(qiáng)型MOSFET：當(dāng)無(wú)電壓施加在柵極上（VGS=0V）的時(shí)候，兩個(gè)N+區(qū)分別和P襯底形成了兩個(gè)p-n結(jié)。因?yàn)镸OSFET是源漏可以相互對(duì)調(diào)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以無(wú)論是左側(cè)N+區(qū)作為源極，右側(cè)N+區(qū)作為漏極，還是左側(cè)N+區(qū)作為漏極，右側(cè)N+區(qū)作為源極，都可以使MOSFET正常工作。因此無(wú)論在源極和漏極之間加正向電壓還是反向電壓，兩個(gè)p-n結(jié)必然有一個(gè)是正偏狀態(tài)，一個(gè)是反偏狀態(tài)[22]。位于源極的p-n結(jié)正偏，位于漏極的p-n結(jié)反偏。源極和漏極之間相當(dāng)于兩個(gè)背對(duì)背的二極管連接在一起，所以，管子總是截止的，不會(huì)產(chǎn)生電流。當(dāng)一個(gè)正電壓施加在柵極上（VGS>0V）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生由柵極指向襯底的縱向電場(chǎng)，電場(chǎng)會(huì)將靠近柵極的P區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）向下排斥，將P區(qū)的少數(shù)載流子（電子）聚集到P區(qū)的表面，形成與多數(shù)載流子極性相反的“反型層”。當(dāng)VGS電壓太低時(shí)，聚集到P區(qū)表面的電子較少，會(huì)被P型襯底中的多數(shù)載流子（空穴）中和掉，因此這時(shí)的漏極和源極之間的電流ID仍然為0。持續(xù)增加VGS，當(dāng)VGS達(dá)到一定值時(shí)，聚集到P區(qū)表面的電子會(huì)把兩個(gè)分離的N+區(qū)連通在一起，形成N導(dǎo)電溝道，此時(shí)施加的VGS電壓稱作閾值電壓，閾值電壓用符號(hào)VT表示（通常在漏極電流達(dá)到10uA時(shí)的柵源電壓作為閾值電壓）[23]。此時(shí)源區(qū)和漏區(qū)會(huì)被導(dǎo)電溝道連通，N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子—電子通過(guò)溝道從源極流向漏極，在VDS的作用下漏極和源極之間的電流ID開始出現(xiàn)，MOSFET開始工作。若繼續(xù)增加VGS，電子會(huì)在P區(qū)表面繼續(xù)積累，導(dǎo)致導(dǎo)電溝道會(huì)越來(lái)越寬，溝道的電阻隨之降低，在相同的源漏電壓VDS作用下，漏極電流ID越大

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文8增強(qiáng)型MOSFE。一般情況下提到的MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。MOSFET的輸出特性曲線如圖2.3所示。N溝道耗盡型MOSFET：當(dāng)VGS=0時(shí)漏極電流ID≠0，稱這種結(jié)構(gòu)的MOSFET為耗盡型。耗盡型與增強(qiáng)型的主要差別是耗盡型MOSFET在SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，這樣一來(lái)就使得P區(qū)的表面上感應(yīng)出的電子要比增強(qiáng)型MOSFET高很多。因此當(dāng)柵極電壓等于零時(shí)，這些正離子就已經(jīng)能夠在P型半導(dǎo)體的表面形成反型層溝道。所以耗盡型MOSFET在柵極電壓等于0時(shí)，只要提供VDS也會(huì)有一定程度的漏極電流產(chǎn)生。使漏極電流等于零時(shí)的柵極電壓，稱為夾斷電壓，用VP表示。當(dāng)VGS=VP時(shí)溝道消失。P溝道型MOSFET：PMOS與NMOS的工作原理相同，不同的是導(dǎo)電的載流子類型和施加電壓極性。PMOS的源極和漏極為P型摻雜，襯底為N型半導(dǎo)體。當(dāng)PMOS的柵極電壓VGS為負(fù)值時(shí)，N型襯底中的少數(shù)載流子空穴會(huì)被吸引到N型襯底的表面形成反型層溝道，空穴可以從源極流向漏極。a增強(qiáng)型NMOSFET轉(zhuǎn)移特性曲線b耗盡型NMOSFET轉(zhuǎn)移特性曲線圖2.2MOSFET轉(zhuǎn)移特性曲線Fig.2.2MOSFETtransfercharacteristiccurve

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究[J]. 于功成.  硅谷. 2008(08)
[2]微電子技術(shù)的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J]. 林鴻溢,李映雪.  世界科技研究與發(fā)展. 1999(04)



本文編號(hào)：3394673