阈值电压MOS管的阈值电压探讨

发布网友发布时间：2024-07-16 00:22

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热心网友时间：2024-07-16 01:41

MOS管的阈值电压，即backgate和source形成channel所需的gate对source偏置电压，是一个关键参数。当偏置电压小于阈值电压时，channel无法形成。晶体管的阈值电压受多种因素影响，包括backgate的掺杂、电介质厚度、gate材质以及电介质中的过剩电荷。

backgate掺杂是阈值电压的主要决定因素。掺杂越重，反转难度增加，所需的电场强度更大，导致阈值电压上升。通过在gate dielectric表面下植入，如阈值调整implant，可以调整MOS管的阈值。如在NMOS管中，若implant由接受者（如硼）组成，会增加反转难度，阈值电压上升；而由施主（如磷）组成则反之，能降低阈值，甚至在零偏置下形成永久channel。

根据channel反转的强弱，MOS管分为耗尽型和增强型。耗尽型NMOS（如PMOS）的阈值电压为负值，而增强型的阈值为正值。耗尽型器件通常需要明确标识，以避免混淆。电介质厚度对阈值电压有显著影响，厚电介质会使阈值上升，反之则下降。大部分MOS管使用纯二氧化硅作为gate dielectric，而少数采用高介电常数材料如氮化硅。

gate材质也会影响阈值，特别是在GATE和BACKGATE短接时，gate oxide上的电场取决于work function的差异。多晶硅是常用作gate极的材料，掺杂程度的改变可以调整其work function。此外，gate oxide表面的过剩电荷，包括离子化杂质、捕获的载流子和结构缺陷，都会对阈值电压产生影响，其变化随时间、温度和偏置电压而变化。