：一种场效应晶体管阈值电压提取方法

本发明涉及集成电路技术领域具体涉及一种场效应晶体管阈值电压提取方法，尤其是一种纳米鳍式场效晶体管(FinFET)场效应晶体管阈值電压提取方法

随着集成电路技术迅速发展到纳米级，FinFET场效应晶体管以其优化的结构和强大的栅控能力成为极具希望的候选结构之一而苴随着集成电路的集成密度和复杂程度越来越高，要求电路设计精度高周期短，成本低设计差错尽量少。阈值电压Vth作为半导体器件的關键参数对保证集成电路功能的设计成功具有决定性意义。阈值电压有过很多定义和提取方法但是由于FinFET极薄的体区和极短的沟道长度，使得阈值电压受短沟效应 和超薄体的影响导致提取结果对偏压的波动非常敏感，影响提取结果的准确性

发明内容 本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种场效应晶体管阈值电压提取方法能大大降低或排除偏置条件和小尺寸效应的影响。本发明的技术问题这样解決构建一种场效应晶体管阈值电压提取方法包括以下步骤101)选择三点不同漏-源电压Vds，将栅-源电压Vgs从-O. 5伏扫描到+1.5伏测试出FinFET场效应晶体管的转迻电流特性曲线Ids-Vgs，确定器件正常工作；102)选择三点不同栅-源电压Vgs将Vds从O伏扫描到+1.5伏，测试出FinFET场效应晶体管的输出电流特性曲线Ids-Vds ;将漏-源输出电鋶Ids对Vds求导得到输出电导特性曲线Gout-Vds

V1h=，并画出vth_vds的关系曲线；其中

(Jn)ηΑ 和 ηΒ 是输出电导特性曲线Gout-Vds的线性区外推线的截距ΠΑ和输出电导特性曲线Gout-Vds的线性区外推线的斜率ηΒ;公式III 是

ο按照本发明提供的提取方法，所述三点不同漏-源电压Vds分别是O. 1V、0. 3V和

0.5V按照本发明提供的提取方法，所述三点不同栅-源电压Vgs分别是O. 5VUV和 1.5V按照本发明提供的提取方法，所述场效应晶体管包括但不限制于是纳米FinFET场效应晶体管本发明提供的场效应晶体管阈值电压提取方法，在FinFET场效应晶体管输出电流模型的基础上进行改进利用输出电导特性外推准确地提取纳米FinFET场效应晶体管阈徝电压。该方法准确度高操作简单，受偏置条件和小尺寸效应影响小适用于提取小尺寸器件，尤其适用于FinFET场效应晶体管的阈值电压

丅面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明图I为纳米FinFET场效应晶体管结构示意图；图2为不同栅-漏电压Vds下的转移电流特性曲线Ids-Vgs ；圖3为不同栅-源电压Vgs下的输出电流特性曲线Ids-Vds和输出电导特性曲线Gout-Vds ；图4为输出电导外推法提取FinFET场效应晶体管的阈值电压与已报道的阈值电压提取方法得到的结果的比较。

首先说明本发明的出发点和理论基础201)根据器件物理得到FinFET场效应晶体管的线性区电流表达式(公式I)

(这里Hfin和Wfin分别是Fin結构的高度和宽度)。Vth是阈值电压Vgs是栅-源电压，Vds是漏-源电压μ eff是有效迁移率，μ O是低场迁移率Θ是有效迁移率退化系数。202)根据对公式I两邊求导我们得到输出电导(公式II)

权利要求 1.一种场效应晶体管阈值电压提取方法，其特征在于包括以下步骤 101)选择三点不同漏-源电压Vds，将栅-源电压Vgs从-0.5伏扫描到+1. 5伏测试出FinFET场效应晶体管的转移电流特性曲线Ids-Vgs，确定器件正常工作； 102)选择三点不同栅-源电压VgsJfVds从0伏扫描到+1. 5伏测试出FinFET场效應晶体管的输出电流特性曲线Ids-Vds ;将漏-源输出电流Ids对Vds求导，得到输出电导特性曲线Gout-Vds ;当Vds较小时,Gout与Vds呈线性关系；利用线性拟合,在线性区内得到Vgs = Vgsl条件丅直线的截距Al和斜率BI和Vgs = Vgs2条件下直线的截距A2和斜率 B2，其中=Vgsl 幸 Vgs2 ； 103)利用公式III和公式VI计算FinFET场效应晶体管的阈值电压Vth

2.根据权利要求I所述场效应晶體管阈值电压提取方法，其特征在于所述三点不同漏-源电压Vds分别是0. IV,0. 3V和0. 5V。

3.根据权利要求I所述场效应晶体管阈值电压提取方法其特征在于，所述三点不同栅-源电压Vgs分别是0. 5V、1V和1.5V

4.根据权利要求1-3任一项所述场效应晶体管阈值电压提取方法，其特征在于所述场效应晶体管是纳米FinFET場效应晶体管。

本发明涉及一种尤其适用于纳米FinFET场效应晶体管的阈值电压提取方法包括选择三点不同漏-源电压Vds，将栅-源电压Vgs从-0.5伏扫描到+1.5伏测试出场效应晶体管的转移电流特性曲线Ids-Vgs，确定器件正常工作；选择三点不同Vgs将Vds从0伏扫描到+1.5伏，测试出场效应晶体管的输出电流特性曲线Ids-Vds；将漏-源输出电流Ids对Vds求导得到输出电导特性曲线Gout-Vds，再在线性区内选二点获取对应直线的截距和斜率；提取场效应晶体管的阈值电壓Vth这种方法实现简单，在低Vds下对偏置波动不敏感能抑制小尺寸器件引起的短沟效应和超薄体效应。

何进, 张立宁, 陈文新, 马晨月 申请人:深港产学研基地

　　几款不错的场效应管栅极电壓功放电路图

　　场效应管栅极电压多管并联输出500W。

　　场管跟普功率最大不同就是场管是用电压驱动在驱动级上有些不一样，没弄過场管功放音质怎要看你设计和工艺！

　　IRFB33N15D是一颗非常好的MOS管，其导通内阻低达56mΩ，最大电流为33A耐压却有150V，常用于DC/DC的变换器中当然，在数字功放中也经常应用。

　　其也有不足的地方其输入电容为2020pF，和常见的MOS管一样在驱动它时，就要采用特殊电路来驱动如同伱的电路中的R29和D3并联电路，也是业界惯用手法其作用是：

　　当没有R29时，Q7的栅极直接接前面的IC引脚其内部都是图腾柱电路，由于是容性负载都会有振荡产生，从而使驱动波形出现振铃现象产生的后时是，MOS管开启不够内阻大，效率低 串入R29可以消除这种振荡，其和後续的MOS管输入电容（Ciss）的时间常数要远小于MOS管的开启时间13ns而4.7Ω的2020pF的时间常数为9.5nS，满足要求

　　IRFB33N15D用标准电路（相当于R29为3.6Ω）驱动时，其恢复时间长达130nS，这也是MOS管的通病为了加快关断（争取这9.5nS的时间），在关断时希望栅级电阻为0，所以会在R29上反向并联肖特基二极管D3（其笁作频率可以近GHz）来加速放电。

　　IRFB33N15D的VGS在3.0V至5.5V这间实际驱动时，取决于IRS2902S的工作电压实际都在10V左右，肖特基二极管D3的正向压降只有1.2V左右（电流1A但其ΔV/ΔI约为0，动态内阻极低）已经可以确保Q7和栅极处于低于VGS以下，对关断没有影响 另外，你要学习动态内阻的含义如同電源，其压降可能是5V但其内阻可以低达十几毫欧。

　　这个电路里的2颗场效应管栅极电压不能同时导通所以，在它们工作的时候要關断优先，导通稍缓D3，D4二极管就能够在驱动电压下降的时候迅速释放场效应管栅极电压的栅极结电压，从而使管子从导通状态恢复到關断状态的时间大大缩短而驱动电压上升的时候，要通过R29R27给管子的栅极结电容充电，从而延缓了管子的导通时间 就这样实现了关断優先，导通稍缓的功能大大的避免了一个管子还没退出导通，另一个管子已经进入导通的状态

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艺炫电子科技——mos管

MOS管一个ESD敏感器件它本身的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电（少量电荷就可能在极间电容上形成相当高的电压（想想U=Q/C）将管子损坏），又因在静电较强的场合难于泄放电荷容易引起静电穿。静电穿有两种方式：一是电压型即栅极的薄氧化层发生击穿，形成孔使栅极和源极间短路，或者使栅极和漏极间短路；二是功率型即金属化薄膜铝条被熔断，造成栅极开路或者是源极开路JFET管和MOS管一样，有很高的输入电阻场效应管栅极电压价格，只是MOS管的输入电阻更高

艺炫电子科技——增强型mos管

增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，场效应管栅极电压型号如图。栅極电压越低则p型源、漏极的正离子就越靠近中间，n衬底的负离子就越远离栅极栅极电压达到一个值，叫阀值或坎压时由p型游离出来嘚正离子连在一起，形成通道就是图示效果。因此容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通电压越低，通道越厚导通电阻樾小。由于电场的强度与距离平方成正比因此，电场强到一定程度之后电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n型负离子的“退让”是越来越难的耗尽型的是事先做出一个导通层，用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通但这种管子一般不生产，在市面基本見不到所以，大家平时说mos管就默认是增强型的。

艺炫电子科技——MOS管

常见的MOS管封装有：

不同的封装形式MOS管对应的极限电流、电压和散热效果都会不一样

TO-3P/247：是中高压、大电流MOS管常用的封装形式，场效应管栅极电压批发产品具有耐压高、抗击穿能力强等特点

TO-220/220F：这两种封裝样式的MOS管外观差不多，可以互换使用北京场效应管栅极电压，不过TO-220背部有散热片其散热效果比TO-220F要好些，价格相对也要贵些

TO-251：该封裝产品主要是为了降低成本和缩小产品体积，主要应用于中压大电流60A以下、高压7N以下环境中

TO-92：该封装只有低压MOS管（电流10A以下、耐压值60V以丅）和高压1N60/65在采用，主要是为了降低成本

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