MOS管的阈值电压是什么?

文摘   科技   2024-08-05 19:00   浙江  

MOS管的阈值电压

MOS管的阈值电压,是我们接触MOS管第一个要关注的参数。我们去选择一款MOS管往往要是先看其阈值电压的大小。以确保在我们的电路设计中,MOS管能被正确的开启和关断。

那么我们如何再更加深入一层去理解“阈值电压”呢?

首先,我们先从对MOS管应用的直观理解:MOS管临界导通状态所需加在栅极(G极)与源极(S极)上的电压

我们知道MOS管与BJT不同,MOS管需要在栅极(G极)和源极(S极)加上大于某个偏置电压,氧化物-半导体界面才能有“自由电子”。

那这个偏置电压点是多少呢?

对于能带理论来说,MOS管的阈值电压就是:达到阈值反型点时所需要的栅压

对于P型衬底来说与阈值反型点是:当表面势Φs = 2*Φfp时的器件状态,如下图所示。

该状态下氧化物-半导体界面的“自由电子”浓度等于“空穴”浓度,如果大于该阈值电压,导带就会向费米能级轻微弯曲;同时表面“自由电子”的浓度是表面电势的指数函数(以10的幂次方增加)

此时空间电荷的宽度(Xd)的改变却是微小的:再增加VGS电压,氧化物-半导体界面处会增加“自由电子”电荷密度,而不是增加空间电荷区的宽度。

如下图所示为P型衬底MOSGS极加正偏电压,使处于阈值反型点时的电荷分布情况:

1. 此时半导体中空间电荷宽度已经达到最大值。

2. 氧化层在氧化物-半导体界面相邻处存在正值的净固定电荷Qss(与制造工艺中SiO2的氧化过程相关),根据电荷守恒原则:QmT+Qss=QSD(MAX);这是耗尽层单位面积空间电荷的最大值。

3. 增加的栅压能够改变穿过栅极氧化层的电压,从而改变表面势Φs;对于给定的半导体、栅氧化层和金属的材料,阈值电压是半导体掺杂、栅氧化层电荷Qss和栅氧化层厚度的函数

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