模擬電路基礎(chǔ)MOS場效應(yīng)管

場效應(yīng)管，簡稱FET(FieldEffectTransistor)。(a)

輸入電阻高，可達(dá)107~1015W。(b)

起導(dǎo)電作用的是多數(shù)（一種）載流子，又稱為單極型晶體管。(c)

體積小、重量輕、耗電省、壽命長。(d)

噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單。(e)

在大規(guī)模集成電路制造中得到了廣泛的應(yīng)用。場效應(yīng)管的主要特點(diǎn)1-5場效應(yīng)管(FieldEffectTransistors,FET)場效應(yīng)管，簡稱FET(FieldEffectTransistor)。(a)

輸入電阻高，可達(dá)107~1015W。(b)

起導(dǎo)電作用的是多數(shù)（一種）載流子，又稱為單極型晶體管。(c)

體積小、重量輕、耗電省、壽命長。(d)

噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單。(e)

在大規(guī)模集成電路制造中得到了廣泛的應(yīng)用。場效應(yīng)管的主要特點(diǎn)1-5-2絕緣柵場效應(yīng)管(InsulatedGateFET)MOS場效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）N-溝道P-溝道MOS管增強(qiáng)型耗盡型N-溝道P-溝道N-溝道P-溝道場效應(yīng)管SiO2結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底源極S柵極G漏極D增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管(EnhancementMOS)襯底引線BN+N+DBSG傳統(tǒng)符號1.

N溝道增強(qiáng)型DSGSiO2結(jié)構(gòu)示意圖N型硅襯底源極S柵極G漏極D襯底引線BP+P+DBSG符號2.

P溝道增強(qiáng)型MOSDSG兩端的MOS電容器結(jié)構(gòu)（a）平板電容器（b）負(fù)柵壓偏置的MOS電容器（c）有空穴累積層的MOS電容器gategate（a）正柵壓偏置的MOS電容器（P型襯底）（b）正等程度的正柵壓偏置的MOS電容器（P型襯底）（c）較大正柵壓偏置的MOS電容器（P型襯底）（a）正柵壓偏置的MOS電容器（N型襯底）（b）中等負(fù)柵壓偏置的MOS電容器（N型襯底）（c）較大負(fù)柵壓偏置的MOS電容器（N型襯底）增強(qiáng)型NMOS的工作原理SiO2結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底耗盡層襯底引線BN+N+SGDUDSID

=0

D與S之間是兩個PN結(jié)反向串聯(lián)，無論D與S之間加什么極性的電壓，總有一個PN結(jié)是反向偏置，漏極電流均接近于零。(1)UGS=0,UDS>0增強(qiáng)型NMOS管的工作原理P型硅襯底N++BSGD。耗盡層ID=0(2)0<UGS

<VT

由柵極指向襯底方向的電場使空穴向下移動,電子向上移動,在P型硅襯底的上表面形成耗盡層。仍然沒有漏極電流。UGSN+N+UDS1.增強(qiáng)型NMOS管VT：使

NMOS管導(dǎo)通的開啟電壓。柵極和P型硅片相當(dāng)于以二氧化硅為介質(zhì)的平板電容器d電場EV

平板電容器EdPtypeVTN：thresholdvoltage,thegatevoltagerequiredtoturnonthetransistorV反型層P型硅襯底N++BSGD。UDS耗盡層ID

柵極下P型半導(dǎo)體表面形成N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)D、S加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流ID。

(3)UGS>VTN型導(dǎo)電溝道N+N+UGS1.增強(qiáng)型NMOS管

通過控制UGS來控制導(dǎo)電溝道的寬度，從而控制電流ID。OxidePtypeGSDG耗盡層OxidePtypeSDOxidePtypeGSDOxidePtypeGSD(3)uGS>VTN4321051015UGS

=5V6V4V3V2V增強(qiáng)型

NMOS

管的特性曲線

飽和區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)2.E型場效應(yīng)管的特性曲線輸出特性ID/mA0123246UGS

/

VVT轉(zhuǎn)移特性UDS/VID/mA截止區(qū)UDS=10Vprocessconductionparameter,N溝道EMOS直流分析Vth是增強(qiáng)型MOSFET開始形成反型層所需的vGS值，稱為開啟電壓。對E型NMOS管，Vth為正值，對E型PMOS管，VGS(th)為負(fù)值。反型層出現(xiàn)后，SD極間出現(xiàn)導(dǎo)電溝道，vGS越大，導(dǎo)電溝越厚，載流子濃度越大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溝道電阻越小。E型PMOS管和NMOS管

的UGS和UDS電壓極性相

反，iD方向也相反。輸出

特性曲線的形狀相似輸出特性曲線處于第三象限E型PMOSFET工作原理結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底源極S漏極D柵極G襯底引線B耗盡層3.N溝道耗盡型MOSFETN+N+正離子N型溝道SiO2DBSG傳統(tǒng)符號

制造時,在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子，形成原始導(dǎo)電溝道簡化符號D型NMOSFET工作原理D型NMOS管

和E型NMOS

管結(jié)構(gòu)基本相

同，區(qū)別僅在

于導(dǎo)電溝道事

先存在，在

UGS=0的時候，

iD也不等于0。

當(dāng)UGS=VP

時，導(dǎo)電溝道

消失，iD=0。vGS=0時iD>0D型MOSFET的伏安方程：恒流區(qū)VP表示夾斷電壓。增強(qiáng)型管用Vth表示開啟電壓。耗盡型p-溝道MOSFETCMOS（ComplementaryMOSFET）多晶硅：由大量結(jié)晶方向不相同的硅單晶體組成的硅晶體幾乎不導(dǎo)電溝道長度調(diào)制效應(yīng)溝道長度調(diào)制系數(shù)擊穿效應(yīng)當(dāng)Vds大到一定程度，漏極與襯底間的PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，導(dǎo)致漏極電流大大增加。N溝道EMOS做