MOS晶体管

 

MOS电路通常由电阻器、二极管、电容器和晶体管组成。前三个器件的测量方法与测量双极型晶体管电路的方法相同。和双极型晶体管一样,MOS晶体管也由三个源构成,即源极、漏极和栅极〈参见下图)。这种晶体管需测量决定正偏与反偏的漏一源节点的电压值。通过测试栅极阈值电压来确定栅极的功能。

 

MOS晶体管源极常被置于正偏。由于栅极的高的电阻率,正向电流不会到达漏极。而当栅极电压超过一特定电压值(國值)时,在栅极区下将产生充足的电荷形成导电沟道,并使源漏极导通。

 

每个MOS晶体管都设计有特定的阈值电压。可用电容一电压技术对其进行测量。不断增加栅极电压的同时便可监测到栅结构电容的变化。

 

电容器是一种存储器件。初始,在测量的电压增长的过程中,电容并没有变化。当到达阈值电压时,反型层开始形成并起作用(如同一个电容器)。两个串联在一起的电容的电容量比它们的和要小,所以它会成为一个较低电容量的电容。MOS品体管也具有放大特性。其增益定义为源极电流除以栅极电压。随栅极电压而变化的源一漏特性(参见下图)。

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电容一电压曲线

 

对阈值电压变化量的测试,可用来检测氧化膜中是否有可动离子污染物出现。这一检测要在经过特别准备晶圆上进行。先在“洁净”的硅片上长一薄层氧化膜。氧化膜生长后,再通过掩蔽膜用蒸发的方法在晶圆上形成铝点(参见下图)。然后用合金来完成以保证铝层和氧化层之间有良好的接触电性能。

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“有铝点”的晶圆被放在一个吸盘上,一个探针被置于铝点之上。这种结构实际上是一个MOS电容器。当在铝点上施加电压并逐渐增加时,同时便可测得该结构电容量变化。在一个x-y绘图仪打印出结果,如下图,x轴表示电压量,y轴表示电容量。

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当电压到达國值电压(或反型电压)时,开始有反型电荷出现在硅表面。这将使其导电形式由N型向p型转换。反型层有自己的电容量。从电性能角度考虑,这一结构有两个串联电容。其总电容小于各自电容的和值,可用关系式表示为:

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这一过程的第二步是驱动氧化层的可动正离子到二氧化硅/硅的界面。在这一过程中同时是将晶圆加温到200℃-300℃之间,并在器件上加有正50V电压(参见下图)。温度的升高加速了离子的运动,正电压偏差迫使它们向二氧化硅/硅界面的方向运动。

 

这一过程的最后一步是最初电容一电压曲线的重复。然而,随着电压的增长,反型产生不再与初始测试时相同(参见下图)。在反型发生前需要额外的负电压来中和表面正电荷才能实现反型。这里得到的电容一电压曲线与同源曲线相同,只是向右平移的一段位移,这一额外电压叫漂移或平移。

图上的曲线显示电容直下降到这一新电容值。

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