2022-2023学年高二物理 半导体阈值电压修正 竞赛课件(共13张PPT)

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2022-2023学年高二物理 半导体阈值电压修正 竞赛课件(共13张PPT)

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半导体阈值电压修正
若沟道长度L短到与漏-源结深rj相当时,阈值电压VT与沟道长度L有关,此时VT随L的减少而减少
半导体阈值电压修正 VT随L的变化:ΔVT的计算
阈值电压修正
VT随L的变化:关系曲线
VDS>0
VBS>0
阈值电压修正 VT随W的变化:表面电荷
窄沟道效应
若沟道宽度W窄到与表面空间电荷区宽度xdT相当时,阈值电压VT与沟道宽度W有关,此时VT随W的减少而增加
阈值电压修正 VT随W的变化:ΔVT的计算
阈值电压修正 VT随W的变化:关系曲线
阈值电压修正 离子注入调整VT:原理
p型半导体表面注入受主杂质Na(如B)→半导体表面净掺杂浓度↑→表面更难以反型→VT↑
受主注入剂量(单位面积注入的离子数)
注入前的阈值电压
p型半导体表面注入施主杂质Nd(如P)→半导体表面净掺杂浓度↓→表面更容易反型→VT↓
施主注入剂量(单位面积注入的离子数)
注入前的阈值电压
阈值电压修正 离子注入调整VT:注入杂质分布
1、Delta函数型分布
2、阶跃函数型分布
3、高斯函数型分布:
更接近实际情况,分析较复杂。
平均注入掺杂浓度
注入前的掺杂浓度
平均注入掺杂浓度
注入前的掺杂浓度
注入深度
反型时,xdT反型时,xdT>xI,VT由DI决定;
阈值电压修正
短沟道效应
窄沟道效应
阈值电压调整

漏源击穿BVDS:漏pn结击穿,与VDS、VGS均有关
栅源击穿BVGS:栅氧化层击穿,只与VGS有关
击穿现象
VGS↑=BVGS→氧化层电场强度Eox>临界电场强度EB=(0.5~1)x107V/cm时,氧化层发生介电击穿
当氧化层厚度50nm时,BVGS=30V,若EB=6x106V/cm,则要求工作电压VGS<10V(安全余量为3)
击穿过程
针孔→凹坑→空洞→崩塌
电流I↑→温度T↑→电流I↑,形成热电正反馈
击穿场强的来源
栅压VGS:Eox≈VGS/tox
栅感应电荷QI:Eox≈QI/toxCox
发自S端的载流子(形成电流IS)受沟道电场的加速在D端附近发生雪崩倍增,产生的电子被漏极收集(加入ID),产生的空穴注入衬底(产生Isub)
雪崩倍增形成条件:
短沟道:L越短,沟道电场越强
n沟道:空穴的碰撞电离率小于电子,产生雪崩倍增的临界电场强度大于电子

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