學習日記 - 9.11

鄂江發表於2024-09-12

PN接面,MOS,體效應

PN接面(拼湊網上大佬的筆記)

摻入Ⅲ族元素的矽是P(positive,正)型半導體,主要以空穴導電;摻入Ⅴ族元素的矽是N(negative,負)型半導體,主要以電子導電。

臺灣清華的課件chapter 2 裡有介紹,這課件做得確實好。

PN junction: 1) in equilibrium 2) under reverse bias 3) under forward bias;

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MOS

nmos 製作在 p- substrate 上,兩個重摻雜 n 區形成源端和漏端,重摻雜的導電多晶矽( poly silicon)為柵,下面有一層 SiO2 ,稱為柵氧,作用是讓柵和襯底隔離,溝道里的電子不會與柵極接觸。

(pmos 製作在 n-substrate 上)

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PMOS要做在區域性襯底上,稱為阱(well)。

n well 必須接一定電壓,使得源/漏結二極體反偏(the S/D junction diodes),這個PN接面也就是源與襯底,漏與襯底的PN接面。

這些 PN接面 需要反向偏置,以防止二極體導通,保證MOSFET正常工作。

一般n well 與最正的電源相連,這樣妥妥地反偏 S/D junction。

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體效應

正常來說,PMOS裡和NMOS裡,襯底都經常和源接在一起:① PMOS裡襯底要維持高電壓,因為是 n-substrate,接正可以維持S/D junction反向偏置。 ② NMOS裡襯底要接低電壓,因為是p - substrate,低過源和漏的電勢就可以維持S/Djunction反向偏置;

在NMOS中,如果襯底電壓低於源電壓,即 Vsb>0,會發生什麼?

源結和漏結維持反向偏置,Vb變得更負時,更多空穴被吸引到襯底電極,而留下大量負電荷。而閾值電壓是耗盡層電荷總數的函式。

因此inversion layer形成之前,柵極電荷映象Qd。Vb下降,Qd增加,Vth也增加。

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考慮體效應以後的Vth計算公式為:

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對NMOS,如果Vsb<0,那麼Vth會減小嗎?

- 是的。襯底電壓高於源端,則 Vth < Vth0。人們可以偏置襯底來降低Vth。

但對NMOS來說不容易,因為NMOS都共享襯底,而PMOS製作在N-well 裡,比較容易做到。