IntroductiontoMicroelectronicsThirdEdition《微電子概論》（第3版）郝躍賈新章史江一引言MOSFET：MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransisitor早在20世紀30年代就已提出MOS結構的工作原理，比雙極晶體管的發明還早10幾年。但是受到制造技術的制約遲遲不能轉化為應用。直到雙極晶體管廣泛應用10年以后，隨著1960年使用二氧化硅作為柵絕緣層的MOS晶體管問世以來，MOS晶體管及集成電路迅速得到了“飛躍”的發展。引言MOSFET：MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransisitor目前在數字集成電路，尤其是微處理機和存儲器方面，MOS集成電路幾乎占據了絕對的地位。2.6節以常用的n溝MOS增強型晶體管為例，詳細分析MOS晶體管的工作原理。最后在分析MOS晶體管非理想效應的基礎上，介紹適用于5納米工藝節點的現代MOSFET結構。目錄1.nMOSFET結構特點2.6.1MOSFET導電溝道的形成2.MOSFET器件溝道調制與閾值電壓3.導電溝道的可動電荷面密度1.nMOSFET結構特點“MOS場效應”名稱解讀在半導體表面覆蓋有一層很薄的柵二氧化硅層。柵氧化層上方覆蓋有一層金屬鋁，形成柵電極。這樣從上往下，構成一種金屬(Metal)—氧化物(Oxide)—半導體(Semiconductor)結構，故稱為“MOS”結構。MOSFET就是在柵上加電壓，通過電場控制半導體表面感應電荷的方式控制導電溝道。這也是“場效應”名稱的來由。1.nMOSFET結構特點MOSFET結構組成特點①控制柵為MOS結構②源、漏摻雜與類型與襯底相反，與溝道相同。③襯底作為一極，MOS器件相當于四端器件。一般情況下，VBS=0，則成為三端器件。④導電溝道位于表面與JFET相比：2.MOSFET器件溝道調制與閾值電壓復習：常規金屬電容器存儲的電荷：Q=CV若C為單位面積極板對應的電容，則Q為金屬極板上的面電荷密度。(1)柵壓對半導體表面溝道的調制作用（以增強型NMOS為例）對增強型NMOS結構，襯底為P型半導體：①若VG＞0，垂直方向電場使P型半導體表面空穴被排斥表面空穴耗盡②VG↑，使P型半導體內部電子被吸引至表面表面開始反型，成為n型③VG↑↑，足夠多電子被吸引至P型半導體表面

P型半導體表面成為強反型，形成電子導電溝道。2.MOSFET器件溝道調制與閾值電壓(2)MOS電容結構的閾值電壓(Thresholdvoltage)（以增強型NMOS為例）(a)表面強反型形成導電溝道的標志表面反型層中電子濃度已達到與P型襯底多子濃度相等的程度(b)閾值電壓VT使表面開始形成可動電荷溝道的柵源電壓稱為閾值電壓2.MOSFET器件溝道調制與閾值電壓(2)MOS電容結構的閾值電壓(Thresholdvoltage)（以增強型NMOS為例）(c)推論推論一：若柵源電壓VGS大于VT，則表面存在導電溝道；如果VGX大于VT，則X處表面存就如果VGX等于VT，則X處表面導電溝道剛好夾斷或者說柵與夾斷點之間的電壓必然為VT。推論二：若襯底不是等電位，記溝道方向為X方向3.導電溝道的可動電荷面密度(1)基本關系式只有VGS大于VT，表面才產生存在導電溝道。根據電容器電荷密度關系，得：MOS結構表面可動面電荷密度為Qn=COX(VG-VT)

提示：按照電容公式，半導體層表面總的面電荷密度為COXVG，包括表面可動面電荷密度以及耗盡層中的固定離化雜質電荷。3.導電溝道的可動電荷面密度Qn=COX(VG-VT)(2)討論若半導體表面溝道方向（X方向）電位不相等，則