mos管也稱場(chǎng)效應(yīng)管，首先考察一個(gè)更簡(jiǎn)單的器件--MOS電容--能更好的理解MOS管。這個(gè)器件有兩個(gè)電極，一個(gè)是金屬，另一個(gè)是extrinsic silicon(外在硅)，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開(kāi)。金屬極就是GATE，而半導(dǎo)體端就是backgate或者body。他們之間的絕緣氧化層稱為gate dielectric(柵介質(zhì))。器件有一個(gè)輕摻雜P型硅做成的backgate。這個(gè)MOS 電容的電特性能通過(guò)把backgate接地，gate接不同的電壓來(lái)說(shuō)明。MOS電容的GATE電位是0V。金屬GATE和半導(dǎo)體BACKGATE在WORK FUNCTION上的差異在電介質(zhì)上產(chǎn)生了一個(gè)小電場(chǎng)。在器件中，這個(gè)電場(chǎng)使金屬極帶輕微的正電位，P型硅負(fù)電位。這個(gè)電場(chǎng)把硅中底層的電子吸引到表面來(lái)，它同時(shí)把空穴排斥出表面。這個(gè)電場(chǎng)太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對(duì)器件整體的特性影響也非常小。

當(dāng)MOS電容的GATE相對(duì)于BACKGATE正偏置時(shí)發(fā)生的情況。穿過(guò)GATE DIELECTRIC的電場(chǎng)加強(qiáng)了，有更多的電子從襯底被拉了上來(lái)。同時(shí)，空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高，會(huì)出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過(guò)剩的電子，硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為inversion，反轉(zhuǎn)的硅層叫做channel。隨著GATE電壓的持續(xù)不斷升高，越來(lái)越多的電子在表面積累，channel變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。Channel形成時(shí)的電壓被稱為閾值電壓Vt。當(dāng)GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時(shí)，不會(huì)形成channel。當(dāng)電壓差超過(guò)閾值電壓時(shí)，channel就出現(xiàn)了。mos管在電路中一般用作電子開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)電源中常用MOS管的漏極開(kāi)路電路，漏極原封不動(dòng)地接負(fù)載，叫開(kāi)路漏極，開(kāi)路漏極電路中不管負(fù)載接多高的電壓，都能夠接通和關(guān)斷負(fù)載電流。是理想的模擬開(kāi)關(guān)器件。這就是MOS管做開(kāi)關(guān)器件的原理。當(dāng)然MOS管做開(kāi)關(guān)使用的電路形式比較多了。

Source、Drain、Gate分別對(duì)應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的三極：源極S、漏極D、柵極G(里這不講柵極GOX擊穿，只針對(duì)漏極電壓擊穿)。

1、MOSFET的擊穿有哪幾種?

先講測(cè)試條件，都是源柵襯底都是接地，然后掃描漏極電壓，直至Drain端電流達(dá)到1uA。所以從器件結(jié)構(gòu)上看，它的漏電通道有三條：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。

這個(gè)主要是Drain加反偏電壓后，使得Drain/Bulk的PN結(jié)耗盡區(qū)延展，當(dāng)耗盡區(qū)碰到Source的時(shí)候，那源漏之間就不需要開(kāi)啟就形成了 通路，所以叫做穿通(punch through)。那如何防止穿通呢?這就要回到二極管反偏特性了，耗盡區(qū)寬度除了與電壓有關(guān)，還與兩邊的摻雜濃度有關(guān)，濃度越高可以抑制耗盡區(qū)寬度延展，所以flow里面有個(gè)防穿通注入(APT：AnTI Punch Through)，記住它要打和well同type的specis。當(dāng)然實(shí)際遇到WAT的BV跑了而且確定是從Source端走了，可能還要看是否 PolyCD或者Spacer寬度，或者LDD_IMP問(wèn)題了。那如何排除呢?這就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通過(guò)Poly相關(guān)的WAT來(lái)驗(yàn)證。

對(duì)于穿通擊穿，有以下一些特征：

(1)穿通擊穿的擊穿點(diǎn)軟，擊穿過(guò)程中，電流有逐步增大的特征，這是因?yàn)楹谋M層擴(kuò)展較寬，產(chǎn)生電流較大。另一方面，耗盡層展寬大容易發(fā)生DIBL效應(yīng)，使源襯底結(jié)正偏出現(xiàn)電流逐步增大的特征。

(2)穿通擊穿的軟擊穿點(diǎn)發(fā)生在源漏的耗盡層相接時(shí)，此時(shí)源端的載流子注入到耗盡層中，被耗盡層中的電場(chǎng)加速達(dá)到漏端。因此，穿通擊穿的電流也有急劇增大點(diǎn)，這個(gè)電流的急劇增大和雪崩擊穿時(shí)電流急劇增大不同，這時(shí)的電流相當(dāng)于源襯底PN結(jié)正向?qū)〞r(shí)的電流，而雪崩擊穿時(shí)的電流主要為PN結(jié)反向擊穿時(shí)的雪崩電流，如不作限流，雪崩擊穿的電流要大。

(3)穿通擊穿一般不會(huì)出現(xiàn)破壞性擊穿。因?yàn)榇┩〒舸﹫?chǎng)強(qiáng)沒(méi)有達(dá)到雪崩擊穿的場(chǎng)強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)。

(4)穿通擊穿一般發(fā)生在溝道體內(nèi)，溝道表面不容易發(fā)生穿通，這主要是由于溝道注入使表面濃度比濃度大造成，所以，對(duì)NMOS管一般都有防穿通注入。

(5)一般的，鳥嘴邊緣的濃度比溝道中間濃度大，所以穿通擊穿一般發(fā)生在溝道中間。

(6)多晶柵長(zhǎng)度對(duì)穿通擊穿是有影響的，隨著柵長(zhǎng)度增加，擊穿增大。而對(duì)雪崩擊穿，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)也有影響，但是沒(méi)有那么顯著。

這就單純是PN結(jié)雪崩擊穿了(avalanche Breakdown)，主要是漏極反偏電壓下使得PN結(jié)耗盡區(qū)展寬，則反偏電場(chǎng)加在了PN結(jié)反偏上面，使得電子加速撞擊晶格產(chǎn)生新的電子空穴對(duì) (Electron-Hole pair)，然后電子繼續(xù)撞擊，如此雪崩倍增下去導(dǎo)致?lián)舸?，所以這種擊穿的電流幾乎快速增大，I-V curve幾乎垂直上去，很容燒毀的。(這點(diǎn)和源漏穿通擊穿不一樣)那如何改善這個(gè)juncTIon BV呢?所以主要還是從PN結(jié)本身特性講起，肯定要降低耗盡區(qū)電場(chǎng)，防止碰撞產(chǎn)生電子空穴對(duì)，降低電壓肯定不行，那就只能增加耗盡區(qū)寬度了，所以要改變 doping profile了，這就是為什么突變結(jié)(Abrupt juncTIon)的擊穿電壓比緩變結(jié)(Graded JuncTIon)的低。

當(dāng)然除了doping profile，還有就是doping濃度，濃度越大，耗盡區(qū)寬度越窄，所以電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，那肯定就降低擊穿電壓了。而且還有個(gè)規(guī)律是擊穿電壓通常是由低 濃度的那邊濃度影響更大，因?yàn)槟沁叺暮谋M區(qū)寬度大。公式是BV=K*(1/Na+1/Nb)，從公式里也可以看出Na和Nb濃度如果差10倍，幾乎其中一 個(gè)就可以忽略了。那實(shí)際的process如果發(fā)現(xiàn)BV變小，并且確認(rèn)是從junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了。這個(gè)主要是Drain和Gate之間的Overlap導(dǎo)致的柵極氧化層擊穿，這個(gè)有點(diǎn)類似GOX擊穿了，當(dāng)然它更像 Poly finger的GOX擊穿了，所以他可能更c(diǎn)are poly profile以及sidewall damage了。當(dāng)然這個(gè)Overlap還有個(gè)問(wèn)題就是GIDL，這個(gè)也會(huì)貢獻(xiàn)Leakage使得BV降低。上面講的就是MOSFET的擊穿的三個(gè)通道，通常BV的case以前兩種居多。上面講的都是Off-state下的擊穿，也就是Gate為0V的時(shí)候，但是有的時(shí)候Gate開(kāi)啟下Drain加電壓過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┑?，我們稱之為 On-state擊穿。這種情況尤其喜歡發(fā)生在Gate較低電壓時(shí)，或者管子剛剛開(kāi)啟時(shí)，而且?guī)缀醵际荖MOS。所以我們通常WAT也會(huì)測(cè)試BVON。

內(nèi)阻很小的MOS管通常指? 超低內(nèi)阻MOS管 ?，其導(dǎo)通壓降極低(通常為毫伏級(jí)別)，適用于高精度電路和低功耗場(chǎng)景。這類MOS管通過(guò)優(yōu)化制造工藝實(shí)現(xiàn)極低的導(dǎo)通電阻，例如 N溝道增強(qiáng)型MOS管 在導(dǎo)通時(shí)，源極(S)與漏極(D)之間的電壓降可低至數(shù)毫伏，電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的功耗非常小。 ?12

?導(dǎo)通壓降小?：典型值在幾毫伏到數(shù)十毫伏之間，例如1A電流通過(guò)6.5毫歐的MOS管時(shí)，壓降僅約6.5毫伏。 ?3?開(kāi)關(guān)速度快?：得益于場(chǎng)效應(yīng)控制特性，開(kāi)關(guān)速度比普通晶體管更快。 ?1?低功耗?：導(dǎo)通損耗低，適合電池供電等對(duì)功耗敏感的場(chǎng)景。 ?3常用于電源管理、高精度電路保護(hù)(如防電源反接)、高速開(kāi)關(guān)電路等，可避免因壓降過(guò)大導(dǎo)致元件損壞或效率降低的問(wèn)題。