MOS器件的特性分析摘要本次實(shí)驗(yàn)以型號(hào)為2N7000的NMOS，型號(hào)為BS250的PMOS的兩款器件為測(cè)試條件，使用吉士利儀器測(cè)出I—V曲線與C—V曲線,測(cè)量出增強(qiáng)型NMOS與增強(qiáng)型PMOS的輸出特性曲線，轉(zhuǎn)移特性曲線，柵源電容，柵漏電容。各個(gè)測(cè)量結(jié)果在下文進(jìn)行一一說明，曲線趨勢(shì)據(jù)符合理論預(yù)測(cè)。引言過去數(shù)十年來，MOSFET的尺寸不斷地變小。早期的集成電路MOSFET制程里，通道長度約在幾個(gè)微米的等級(jí)。但是到了今日的集成電路制程，這個(gè)參數(shù)已經(jīng)縮小了幾十倍甚至超過一百倍。2012年初，Intel開始以22納米的技術(shù)來制造新一代的微處理器，實(shí)際的元件通道長度可能比這個(gè)數(shù)字還小一些。至90年代末，MOSFET尺寸不斷縮小，讓集成電路的效能大大提升，而從歷史的角度來看，這些技術(shù)上的突破和半導(dǎo)體制程的進(jìn)步有著密不可分的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)是從MOS器件最基本特性入手，但同時(shí)這些性質(zhì)在實(shí)際用途有著重要的作用，為我們進(jìn)一步了解MOS打下較為扎實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)儀器與方法利用吉士利儀器2602測(cè)得的NMOS與PMOS器件的參數(shù)及取值范圍。NMOS器件2N7000和PMOS器件BS250Vgs：2v-3vVds：0v-3v數(shù)據(jù)處理與討論1、NMOS特性曲線圖1、Cgd---Vgd曲線

圖2、Cgs---Vgs曲線柵漏電容－電壓與柵源電容－電壓關(guān)系是一樣，因?yàn)镸OS器件兩端是對(duì)稱的，而在測(cè)量時(shí)只需測(cè)需要的的兩端，因此結(jié)果一致。在柵漏對(duì)交流短路的情況下，當(dāng)柵源電壓VgS增加AVGS寸，溝道內(nèi)載流子電荷的變化量。根據(jù)半導(dǎo)體物理與器件的NMOS電容特性的分析，以及實(shí)驗(yàn)所取的頻率可知為低頻強(qiáng)反型型寸的柵壓和電容關(guān)系與圖中所得曲線相符。圖3、輸出特性曲線當(dāng)VGS—VTVDS，NMOS進(jìn)入飽和區(qū)，此時(shí)源漏電流與Vds無關(guān)，滿足關(guān)系式Y(jié)

dsW卩Cn——dsW卩Cn——ox2L(VGS—VT)2,W為NMOS溝道寬度，L為溝道長度,n為電子遷移率，W卩CVgnoxT為閾值電壓。跨導(dǎo)為'm=￡(VGS-P，飽和區(qū)的跨導(dǎo)隨著Vgs的提高而增大，但由輸出特性曲線可以看出在飽和區(qū)時(shí)，Ids隨著Vds的增加有微弱的增加，這是因?yàn)橛行系勒{(diào)制效應(yīng)造成的結(jié)果。當(dāng)VGS一VTVDS時(shí)，Vsat向源端移動(dòng)，即夾斷點(diǎn)向源V二V-V端移動(dòng)，但夾斷點(diǎn)的電壓依然為satGST，有效溝道長度減小，導(dǎo)致電阻減小，因此源漏電流才會(huì)有所增加，但在長溝道MOS器件并不顯著，但在短溝道且比較突出。V-VGST時(shí)，器件處于線性區(qū)仃W“nCox[(V-V)V-1V2]V-VGST時(shí)，器件處于線性區(qū)仃W卩C“gW卩C“gnoxVm=￡DS，當(dāng)VDS很小時(shí)，可以把MOS看成受柵電壓控制的電阻，稱為通導(dǎo)電阻Ron=叭C(V_V)，輸出特性曲線開始一部分可以近似為直線，斜率就是noxGST通道電阻的倒數(shù)。圖4、NMOS的轉(zhuǎn)移特性曲線因?yàn)檫@次Vds保持不變，轉(zhuǎn)移特性曲線近2.5v以后之所以是平的，是因?yàn)閮x

器的限流作用，所以此次有效區(qū)域大約在1.5"口2.5V，小于1.5v器件就截止了,這一段區(qū)域器件將保持飽和區(qū)。隨著Vgs的增加，跨導(dǎo)必然增加，此時(shí)的gm=0-0338768s

VdsPMOS的輸出特性曲線與NMOS的差別是閾值電壓為負(fù)，且柵源電壓要小于閾值電壓才能導(dǎo)通，并且負(fù)的越厲害,溝道中的自由移動(dòng)電荷越多，電流越大。Vgs(V)PMOS的轉(zhuǎn)移特性曲線左邊電流不變是因?yàn)樵O(shè)備的限流作用導(dǎo)致的，右邊的電流為0,是因?yàn)榻刂範(fàn)顟B(tài)，柵源電壓大于閾值電壓。5.00E-0114.00E-011)F(dg3.00E-0112.00E-0115.00E-0114.00E-011)F(dg3.00E-0112.00E-011-50Vgd(V)-50Vgd(V)在100hz高頻下PMOS的電容隨電壓增大，趨勢(shì)如圖基本一致5.00E-0114.00E-0113.00E-011Cgs(F)I5.00E-0114.00E-0113.00E-011Cgs(F)I5耗盡，堆積時(shí)的電容特性趨勢(shì)5耗盡，堆積時(shí)的電容特性趨勢(shì)從左-50Vgs(V)由PMOS的電容電壓特性分析可知，強(qiáng)反型，中反型到右正和上圖一樣，上圖和分析一致V結(jié)論：⑴跨導(dǎo)的計(jì)算對(duì)于NMOS的閾值電壓可從轉(zhuǎn)移特性曲線中求出斜率，我通過origin自帶的工具得出跨導(dǎo),gm=0.00283374s到gm=°-0338768s的范圍變動(dòng)，這都是飽和區(qū)的跨導(dǎo)。⑵溝道遷移率的計(jì)算由于飽和區(qū)電流Ids=1/2卩CW(Vgs-V)2noxLT在轉(zhuǎn)移特性曲線飽和區(qū)讀一組數(shù)據(jù)Vgs=2.2vIds=0.003963AVt=1.9v代入可得W卩C=0.088,知道柵氧化層厚度和寬長比就可以進(jìn)一步求出遷移率。PM0S同理。noxL本次試驗(yàn)使我們對(duì)NMOS與PMOS器件結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有了更進(jìn)一步的理解。對(duì)測(cè)量儀器有了較為熟悉的掌握。參考文獻(xiàn)DonaldA.Neam