文档介绍：金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管
N沟道增强型MOSFET
MOSFET的主要参数
N沟道耗尽型MOSFET
P沟道MOSFET
沟道长度调制效应
P沟道
耗尽型
P沟道
P沟道
N沟道
增强型
N沟道
N沟道
(耗尽型)
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
(IGFET)
耗尽型:场效应管没有加偏置电压时,就有导电沟道存在
增强型:场效应管没有加偏置电压时,没有导电沟道
场效应管的分类:
N沟道增强型MOSFET
1. 结构(N沟道)
L :沟道长度
W :沟道宽度
tox :绝缘层厚度
通常 W > L
(动画2-3)
N沟道增强型MOSFET
剖面图
1. 结构(N沟道)
符号
二、工作原理
①栅源电压VGS的控制作用
当VGS=0V时,
因为漏源之间被两个背靠背的 PN结隔离,因此,即使在D、S之间加上电压, 在D、S间也不可能形成电流。
当 0<VGS<VT (开启电压)时,
通过栅极和衬底间的电容作用,将栅极下方P型衬底表层的空穴向下排斥,同时,使两个N区和衬底中的自由电子吸向衬底表层,并与空穴复合而消失,结果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍无载流子的通道。管子仍不能导通,处于截止状态。
把开始形成反型层的VGS值称为该管的开启电压VT。这时,若在漏源间加电压 VDS,就能产生漏极电流 I D,即管子开启。 VGS值越大,沟道内自由电子越多,沟道电阻越小,在同样 VDS 电压作用下, I D 越大。这样,就实现了输入电压 VGS 对输出电流 I D 的控制。
当VGS>VT时,衬底中的电子进一步被吸至栅极下方的P型衬底表层,使衬底表层中的自由电子数量大于空穴数量,该薄层转换为N型半导体,称此为反型层。形成N源区到N漏区的N型沟道。
I D
②漏源电压VDS对沟道导电能力的影响
当VGS>VT且固定为某值的情况下,若给漏源间加正电压VDS则源区的自由电子将沿着沟道漂移到漏区,形成漏极电流ID,当ID从D  S流过沟道时,沿途会产生压降,进而导致沿着沟道长度上栅极与沟道间的电压分布不均匀。源极端电压最大,为VGS ,由此感生的沟道最深;离开源极端,越向漏极端靠近,则栅—沟间的电压线性下降,由它们感生的沟道越来越浅;直到漏极端,
栅漏间电压最小,其值为: VGD=VGS-VDS , 由此感生的沟道也最浅。可见,在VDS作用下导电沟道的深度是不均匀的,沟道呈锥形分布。若VDS进一步增大,直至VGD=VT,即VGS-VDS=VT或VDS=VGS-VT 时,则漏端沟道消失,出现预夹断。
A
当VDS为0或较小时,VGD>VT,此时VDS 基本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线分布。
当VDS增加到使VGD=VT时,漏极处沟道将缩减到刚刚开启的情况,称为预夹断。源区的自由电子在VDS电场力的作用下,仍能沿着沟道向漏端漂移,一旦到达预夹断区的边界处,就能被预夹断区内的电场力扫至漏区,形成漏极电流。
当VDS增加到使VGDVT时,预夹断点向源极端延伸成小的夹断区。由于预夹断区呈现高阻,而未夹断沟道部分为低阻,因此,VDS增加的部分基本上降落在该夹断区内,而沟道中的电场力基本不变,漂移电流基本不变,所以,从漏端沟道出现预夹断点开始, ID基本不随VDS增加而变化。
可变电阻区(resistive region) ——饱和区
恒流区(constant current region)——放大区
夹断区(cutoff rigion) ——截止区
1. 输出特性
vGD= vGS-vDS=VT
三、特性曲线及特性方程
①可变电阻区:
③饱和区:
②可变电阻区特性曲线原点附近:
n :反型层中电子迁移率
Cox :栅极(与衬底间)氧化层单位面积电容
Kn为电导常数,单位:mA/V2
是vGS=2VT时的iD