006第六章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管

第六章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管

6-1．绘出在偏压条件下MOS结构中对应载流子积累、耗尽以及强反型的能带和电荷分布的示意图，采用N型衬底并忽略表面态和功函数的影响。

6-2．推导出体电荷、表面电势以及表面电场的表达式，说明在强反型时他们如何依赖

14183于衬底的掺杂浓度Na。在10至10 cm范围内画出体电荷、表面电势及电场与Na的关系。

1636-3．在受主浓度为10cm的P型硅衬底上的理想MOS电容具有0.1um厚度的氧化

K04VG2V层， ，在下列条件下电容值为若干？（a）和f1Hz，（b） VG20V和f1Hz，

（c）VG20V和f1MHz。

6-4．采用叠加法证明当氧化层中电荷分布为(x)时，相应的平带电压变化可用下式表示：

qC0x(x)dxx0

VFBx001626-5．一MOS器件的x01000Å，qm4.0eV，qs4.5eV，并且有10cm

的均匀正氧化层电荷，计算出它的平带电压。假设K04，运用习题6-4的表达式

6-6．利用习题6-4中的结果对下列情形进行比较。

1221.510cm(a) 在MOS结构的氧化层中均匀分布着的正电荷，若氧化层的厚度为

150nm，计算出这种电荷引起的平带电压。

(b) 若全部电荷都位于硅-氧化硅的界面上，重复(a)。

(c) 若电荷成三角分布，它的峰值在x0，在xx0处为零，重复(a)。

6-7．在

Na1015cm3的P型Si<111>衬底上制成一铝栅MOS晶体管。栅氧化层厚度

112为120nm，表面电荷密度为310cm。计算阈值电压。

6-8． 一MOS结构中由

Na51015cm3的N型衬底，100nm的氧化层以及铝接触构

成，测得阈值电压为2.5V，计算表面电荷密度。

6-9． 一P沟道铝栅极MOS晶体管具有下列参数：

Q01011cm2x01000 Å，

Nd21015cm3，

p230cm2/VSL10mZ50m，，， ，计算在VGS等于-4V和-8V时的IDS，

并绘出电流-电压特性。

6-10．一N沟道MOS晶体管具有下列参数：

n1000cm2/VsK04，

x0100nm10，L，

Z，VTH0.5V，计算在VG4V时的饱和电流。

6-11． 一N-沟GaAs MOSFET,其

b0.9V,Nd10cm3,a0.2m,L1m,

Z10m，（a）试问这是增强型器件还是耗尽型器件？（b）计算阈值电压，（c）求VG0时的饱和电流，（d）计算截至频率。(该题留到第六章)

6-12．在习题6-10中的MOS晶体管中，令VGVTH1V。

（a） 计算氧化层电容和截止频率。

（b） 若Z10m，及L50m，重复（a）。

6-13． (a) 若N沟道MOS增强型FET的源和衬底接地，栅和漏极短路，推导出描述源-漏两极VI特性的公式。假设VTH为常数。

(b) 用习题6-11的数据画出IV曲线。

(c) 计算 VGVTH1V时的Ron.

(d) 若L/Z =1.0，重复（c）

1536-14． .(a) 一P沟道MOS晶体管制造在10cm的N型衬底上，栅氧化层厚度为152100nm，若ms0.60V，ms0.60以及Q0510cm,计算阈值电压。

(b)采用硼离子注入降低（a）中的MOSFET的阈值电压，问要得到1.5V阈值电压所需的掺硼浓度为若干？

6-15． 导出MOSFET的VI特性，其漏和栅连在一起，源和衬底接地，能否根据这些特

性求出阈值电压?

L3m.Z21m,Na51015cm3MOSFET6-16．考虑一个长沟道，其中，C01.5107F/cm2，Vm1.5V。求VG4V时的VDsat。若用常数比例因子将沟道收缩到1m，

求按比例缩小后的下列参数：Z,C0,IDsat和f0。

6-17． 设计一个栅长为0.75m的亚微米MOSFET(栅的长度是沟道长度加上2倍结深)，若结深为0.2m，栅氧化层厚度为20nm。最大漏电压为2.5V，求沟道掺杂浓度为多少时才能使这个MOSFET具有长沟道特性。

6-18． 对于图6－30中的亚微米MOSFET：（a）求VG2V，2VVD2.5V情况下的沟道电导，（b）

VD0.75V,2VVG2.5V情况下的跨导，（c）解释为什么电流不随（V

GVTH)2变

化，（d）根据跨导估算饱和速度。

6-19． 草绘采用硅栅工艺生产MOS晶体管的一套掩膜。