mosfet温度特性

MOSFET的重要特性

（1）为什么E-MOSFET的阈值电压随着半导体衬底掺杂浓度的提高而增大？而随着温度的升高而下降？

【答】E-MOSFET的阈值电压就是使半导体表面产生反型层（导电沟道）所需要加的栅极电压。对于n沟道E-MOSFET，当栅电压使得p型半导体表面能带向下弯曲到表面势ψs≥2ψB时，即可认为半导体表面强反型，因为这时反型层中的少数载流子（电子）浓度就等于体内的多数载流子浓度（～掺杂浓度）；这里的ψB是半导体Fermi势，即半导体禁带中央与Fermi能级之差。阈值电压VT包含有三个部分的电压（不考虑衬偏电压时）：栅氧化层上的电压降Vox；半导体表面附近的电压降2ΨB：抵消MOS系统中各种电荷影响的电压降——平带电压VF。

在阈值电压的表示式中，与掺杂浓度和温度有关的因素主要是半导体Fermi势ψB。当p型半导体衬底的掺杂浓度NA提高时，半导体Fermi能级趋向于价带顶变化，则半导体Fermi势ψB增大，从而就使得更加难以达到ψs≥2ψB的反型层产生条件，所以阈值电压增大。

当温度T升高时，半导体Fermi能级将趋向于禁带中央变化，则半导体Fermi势ψB减小，从而导致更加容易达到ψs≥2ψB的反型层产生条件，所以阈值电

数字集成电路设计

集成电设路计列系第3章 MSFOT物理E特性与1

上一

数字集成电路设计

讲要内容主 :1传.门输用：应始终控，制数据流制控要点如何进：行钟同步；如时何改数据保持时善间

2 MOSF.T空间E构结点：构成I要及MOSCEFT的向结横构和向结纵，构及以此衍由的工艺生 次层和平面版图；MSFOE开T的基本物关理程。

过 .半导3物体理基础要点：半导的体定义特性、、型类；几参个：数掺杂、电阻率迁移率、2

Updta e012.190

数字集成电路设计

上一主讲内要容 :1.传 门输应用始：控终制数，据流控制要点:如进行何钟同时；步如改何数据保善持时

间 .M2SFOE空T结间构要点：构成ICM及OSETF的向横结构和向纵构，结以由及衍此的工生 层艺和次平面版图M;OFETS开关的本基理过程。物

3 半.导物理体础要基点：半体导的定义、特性、类型几；个参：数掺杂电阻、率、迁移率3

Udatp e2101.90

数字集成电路设计

本章概要 述概 导体物理半基础 pn结 MOFSTE物理学 nFE I-VT特 性 尺寸小EF T p FT EI-特V性 FT开E关性特 COM物S理结构 SIPE模型C4

Updaet 210

4.9功率型MOSFET用作开关(THE POWER MOSFET USED AS A SWITCH) 4.9.1概论(Introduction)

虽然场效应电晶体(field-effect transistor FET)应用于电路设计上己有许多年了，而近年来功率型金属氧化半导体场效应电晶体(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor MOSFET)，也己成功地制造出来，并在商业上大量的应用于功率电子的设计上。而此MOSFET的功能需求，更超越了其它的功率组件，工作频率可达20kHz以上，一般都工作于100-200kHz，而不需像双极式功率电晶体有诸般经验上的限制。

当然，如果我们设计转换器工作于100 kHz频率下，比工作于20kHz的频率会有更多的优点，最重要的优点就是能减少体积大小与重量，功率型MOSFET提供设计者一种高速度，高功率，高电压，与高增益的组件，且几乎没有储存时间，没有热跑脱与被抑制的崩溃特性，由于不同的制造厂商会使用不同的技术来制造功率型的FET，因此就会有不同的名称，如HEXFET，VMOS，TMOS等，此乃成为每一公司特有的注册商标。虽然结构上会有所改变而增强了

摘要

摘要

随着器件尺寸的不断减小，Si基微电子技术面临着物理和工艺极限的挑战，

已经不能满足摩尔定律。而应变Si/SiGe具有能带可调，迁移率高的优点，并且能与传统的Si基工艺兼容，应变技术成为后Si时代研究的热点。众所周知，应变器件的制造工艺和正常工作都不可避免的要考虑温度的影响，而目前国内对于这方面的研究还比较少，基于此目的，本论文主要研究了双轴应变材料的温度特性。

论文分析了应变Si基材料的物理特性和应力的产生机制，讨论了常见的应力引入方式和应力测定的两种方法。

建立双轴应变SiGe模型之后，运用Silvaco软件加以仿真和验证。在此基础上，从理论方面分析了Ge组分对应力的影响，并通过Silvaco进行仿真，证实了应力会随着Ge组分的增大而增大。由于高温下，原子间的共价键会发生断裂，应力会逐渐释放，论文通过Silvaco软件重点对应变SiGe的温度特性进行了仿真研究，仿真结果证实了温度对应力的影响。最后，理论分析了双轴应变材料的迁移率增强机制，通过仿真得到双轴应变材料迁移率随温度的变化趋势。

关键词：双轴应变， SiGe Ge组分，温度，迁移率

摘要

摘要

随着器件尺寸的不断减小，Si基微电子技术面临着物理和工艺极限的挑战，

已经不能满足摩尔定律。而应变Si/SiGe具有能带可调，迁移率高的优点，并且能与传统的Si基工艺兼容，应变技术成为后Si时代研究的热点。众所周知，应变器件的制造工艺和正常工作都不可避免的要考虑温度的影响，而目前国内对于这方面的研究还比较少，基于此目的，本论文主要研究了双轴应变材料的温度特性。

论文分析了应变Si基材料的物理特性和应力的产生机制，讨论了常见的应力引入方式和应力测定的两种方法。

建立双轴应变SiGe模型之后，运用Silvaco软件加以仿真和验证。在此基础上，从理论方面分析了Ge组分对应力的影响，并通过Silvaco进行仿真，证实了应力会随着Ge组分的增大而增大。由于高温下，原子间的共价键会发生断裂，应力会逐渐释放，论文通过Silvaco软件重点对应变SiGe的温度特性进行了仿真研究，仿真结果证实了温度对应力的影响。最后，理论分析了双轴应变材料的迁移率增强机制，通过仿真得到双轴应变材料迁移率随温度的变化趋势。

关键词：双轴应变， SiGe Ge组分，温度，迁移率

实验一 温度传感器特性试验 1.1、 Cu50温度传感器的温度特性实验

一、实验目的：了解Cu50温度传感器的特性与应用。

二、基本原理：在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜电阻，可用来测量-50oC~+150oC的温度。铜电阻有下列优点：

2 在上述温度范围内，铜的电阻与温度呈线性关系 Rt = R0(1+at)

4 电阻温度系数高，a = 4.25~4.28×10/oC 5 容易提纯，价格便宜

三、需用器件与单元：K型热电偶、Cu50热电阻、 YL系列温度测量控制仪、直流电源±15V、温度传感器实验模块、数显单元（主控台电压表）、万用表。

四、实验步骤： 1、差动电路调零

将温度测量控制仪上的220V电源线插入主控箱两侧配备的220V控制电源插座上。首先对温度传感器实验模块的三运放测量电路和后续的反相放大电路调零。具体方法是把R5和R6的两个输入点短接并接地，然后调节Rw2使V01的输出电压为零，再调节Rw3，使V02的输出电压为零，此后Rw2和Rw3不再调节。

2、温控仪表的使用

注意：首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。

3、热电偶的安

金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称全氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在类比电路和数位电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type和p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET和PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。

MOSFET的工作原理

要使增强型N沟道MOSFET工作，要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS，则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。

若先不接VGS(即VGS＝0)，在D和S极之间加一正电压VDS，漏极D和衬底之间的PN结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极G和源极S之间加一电压VGS。此时可以将栅极和衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷(如图3)。这层感应的负电荷和P型衬底中的多数载流子(空穴)的极

PN结正向伏安特性曲线随温度的变化

6

物理实验

第 2 3卷

第 l O期

PN结正向伏安特性曲线随温度的变化胡险峰摘

朱世国

(川大学物理学院四川成都 60 6 )四 1 0 4要：绍了在不同温度下， N结正向伏安特性曲线的自动测量方法。论了 P结伏安特性与温度的关介 P讨 N

系 .由于正向结电压小于内建电势差，度升高或正向结电压增加，向结电流将增大，度升高反向结电流也相温正温应增加.当温度趋向 O时。向结电压趋向内建电势差 . K正关键词： N结 I安特性曲线 I度；建电势差 P伏温内中圈分类号： 7 04 5文献标识码： A文章编号￣ 0 54 4 (0 3 1— 0 60 1 0— 6 2 2 0 ) 00 0—4

V a i to f po ii e v t a pe e c r t r s i s o r a i n o s tv ol- m r ha ac e itc f

P j n to t e e a u e N u cin wih tmp r t rHU a -e g ZH U h— u Xin f n S ig o( y isCo lg,Sih a n v r iy,Ch n d Ph sc le e c u n

PN结正向伏安特性曲线随温度的变化

6

物理实验

第 2 3卷

第 l O期

PN结正向伏安特性曲线随温度的变化胡险峰摘

朱世国

(川大学物理学院四川成都 60 6 )四 1 0 4要：绍了在不同温度下， N结正向伏安特性曲线的自动测量方法。论了 P结伏安特性与温度的关介 P讨 N

系 .由于正向结电压小于内建电势差，度升高或正向结电压增加，向结电流将增大，度升高反向结电流也相温正温应增加.当温度趋向 O时。向结电压趋向内建电势差 . K正关键词： N结 I安特性曲线 I度；建电势差 P伏温内中圈分类号： 7 04 5文献标识码： A文章编号￣ 0 54 4 (0 3 1— 0 60 1 0— 6 2 2 0 ) 00 0—4

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MOSFET的驱动技术详解

1、简介

MOSFET作为功率开关管，已经是是开关电源领域的绝对主力器件。虽然MOSFET作为电压型驱动器件，其驱动表面上看来是非常简单，但是详细分析起来并不简单。下面我会花一点时间，一点点来解析MOSFET的驱动技术，以及在不同的应用，应该采用什么样的驱动电路。

首先，来做一个实验，把一个MOSFET的G悬空，然后在DS上加电压，那么会出现什么情况呢？很多工程师都知道，MOS会导通甚至击穿。这是为什么呢？因为我根本没有加驱动电压，MOS怎么会导通？用下面的图，来做个仿真：

去探测G极的电压，发现电压波形如下：

G极的电压居然有4V多，难怪MOSFET会导通，这是因为MOSFET的寄生参数在捣鬼。

这种情况有什么危害呢？实际情况下，MOS肯定有驱动电路的么，要么导通，要么关掉。问题就出在开机，或者关机的时候，最主要是开机的时候，此时你 的驱动电路还没上电。但是输入上电了，由于驱动电路没有工作，G级的电荷无法被释放，就容易导致MOS导通击穿。那么怎么解决呢？在GS之间并一个电阻.

那么仿真的结果呢？几乎为0V。

2、驱动能力和驱动电阻

什么叫驱动能力，很多PWM芯片，或者专门的驱动芯片都会说驱动能力，比如384X的驱