3.2MOS場效應晶體管的結構工作原理ppt課件

1、 場效應晶體管有二種結構形式： 1.絕緣柵型場效應晶體管 又分增強型和耗盡型二類 2.結型場效應晶體管-只有耗盡型 場效應晶體管在集成電路中被廣泛使用，絕緣柵場效應晶體管(MOSFET)分為增強型和耗盡型兩大類，每類中又有N溝道和P溝道之分。不象雙極型晶體管只有NPN和PNP兩類，場效應晶體管的種類要多一些。但是它們的工作原理基本相同，所以下面以增強型N溝道場效應晶體管為例來加以說明。4.1 MOS場效應晶體管的結構、工作原理 N溝道增強型MOSFET 的結構示意圖和符號見圖 4.1。其中： D(Drain)為漏極，相當c； G(Gate)為柵極，相當b； S(Source)為源極，相當e。

2、圖4.1 N溝道增強型 MOSFET結構示意圖動畫） 絕緣柵型場效應三極管絕緣柵型場效應三極管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分為。分為 增強型增強型 N溝道、溝道、P溝道溝道 耗盡型耗盡型 N溝道、溝道、P溝道溝道 1 N溝道增強型MOSFET的結構P型襯底BSiO2N+N+SDG 取一塊P型半導體作為襯底，用B表示。 用氧化工藝生成一層SiO2 薄膜絕緣層。 然后用光刻工藝腐蝕出兩個孔。 擴散兩個高摻雜的N型區(qū)。從而形成兩個PN結。（綠色部分） 從N型區(qū)引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。 在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。

3、N溝道增強型MOSFET的符號如左圖所示。左面的一個襯底在內(nèi)部與源極相連，右面的一個沒有連接，使用時需要在外部連接。DGSBDGSB動畫動畫2-3 2 N溝道增強型MOSFET的工作原理 對N溝道增強型MOS場效應三極管的工作原理，分兩個方面進行討論，一是柵源電壓UGS對溝道會產(chǎn)生影響，二是漏源電壓UDS也會對溝道產(chǎn)生影響，從而對輸出電流，即漏極電流ID產(chǎn)生影響。 1柵源電壓UGS的控制作用SDGPN+N+SiO型襯底DSUGSU2=0空穴正離子電子負離子+ 先令漏源電壓UDS=0，加入柵源電壓UGS以后并不斷增加。 UGS帶給柵極正電荷，會將正對SiO2層的表面下的襯底中的空穴推走，從而形成

4、一層負離子層，即耗盡層，用綠色的區(qū)域表示。 同時會在柵極下的表層感生一定的電子電荷，若電子數(shù)量較多，從而在漏源之間可形成導電溝道。 溝道中的電子和P型襯底的多子導電性質相反，稱為反型層。此時若加上UDS ，就會有漏極電流ID產(chǎn)生。反型層 顯然改變UGS就會改變溝道，從而影響ID ，這說明UGS對ID的控制作用。0DSU 當UGS較小時，不能形成有效的溝道，盡管加有UDS ，也不能形成ID 。當增加UGS，使ID剛剛出現(xiàn)時，對應的UGS稱為開啟電壓，用UGS(th)或UT表示。動畫動畫2-4 2漏源電壓UDS的控制作用 設UGSUGS(th)，增加UDS，此時溝道的變化如下。SDGPN+N+Si

5、O2型襯底DSU+GSUGS(th)U空穴正離子電子負離子 顯然漏源電壓會對溝道產(chǎn)生影響，因為源極和襯底相連接，所以加入UDS后， UDS將沿漏到源逐漸降落在溝道內(nèi)，漏極和襯底之間反偏最大，PN結的寬度最大。所以加入UDS后，在漏源之間會形成一個傾斜的PN結區(qū)，從而影響溝道的導電性。 當UDS進一步增加時， ID會不斷增加,同時，漏端的耗盡層上移，會在漏端出現(xiàn)夾斷，這種狀態(tài)稱為預夾斷。預夾斷 當UDS進一步增加時， 漏端的耗盡層向源極伸展，此時ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夾斷區(qū)。DI動畫動畫2-5 3 N溝道增強型MOSFET的特性曲線 N溝道增強型MOSFET的轉移特性曲線有兩

6、條，轉移特性曲線和漏極輸出特性曲線。1)轉移特性曲線OGSU4321/VDImA/4321Uth(on)10VDSU N溝道增強型MOSFET的轉移特性曲線如左圖所示，它是說明柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制關系，可用這個關系式來表達，這條特性曲線稱為轉移特性曲線。 轉移特性曲線的斜率gm反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 gm稱為跨導。這是場效應三極管的一個重要參數(shù)。constGSDmDSUUIg單位mSmA/V） 2)漏極輸出特性曲線 當UGSUGS(th)，且固定為某一值時，反映UDS對ID的影響，即ID=f(UDS)UGS=const這一關系曲線稱為漏極輸出特性曲線。 場效應三極管

7、作為放大元件使用時，是工作在漏極輸出特性曲線水平段的恒流區(qū)，從曲線上可以看出UDS對ID的影響很小。但是改變UGS可以明顯改變漏極電流ID，這就意味著輸入電壓對輸出電流的控制作用。OV2GSUV3V5 . 3V4DImA/15105DSU/V恒流區(qū).曲線分五個區(qū)域：（1可變電阻區(qū)（2恒流區(qū)放大區(qū)）（3截止區(qū)（4擊穿區(qū)（5過損耗區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)過損耗區(qū) OV2GSUV3V5 . 3V4DImA/15105DSU/V恒流區(qū).從漏極輸出特性曲線可以得到轉移特性曲線，過程如下：OGSU4321/VDImA/4321UGS(th)10VDSU 4 N溝道耗盡型MOSFETSDGPN+N+SiO2

8、型襯底DGSBB+04321654321/mA/VDGSIUIDSSUGS(off) N溝道耗盡型MOSFET的結構和符號如下圖所示，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了一定量的正離子。所以當UGS=0時，這些正離子已經(jīng)感生出電子形成導電溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。 當UGS=0時，對應的漏極電流用IDSS表示。當UGS0時，將使ID進一步增加。UGS0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示，有時也用UP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉移特性曲線如右上圖所示。夾斷電壓IDSS P溝道增強型MOSFET的結構和工作原理 P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。 關于場效應管符號的說明：D