絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管1

1、 2.3.2 2.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管 場(chǎng)效應(yīng)三極管有二種結(jié)構(gòu)形式： 1.絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管-增強(qiáng)型 耗盡型 2.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管-只有耗盡型 場(chǎng)效應(yīng)三極管在集成電路中被廣泛使用，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管(MOSFET)分為增強(qiáng)型和耗盡型兩大類(lèi)，每類(lèi)中又有N溝道和P溝道之分。不象雙極型三極管只有NPN和PNP兩類(lèi)，場(chǎng)效應(yīng)三極管的種類(lèi)要多一些。但是它們的工作原理基本相同，所以下面以增強(qiáng)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管為例來(lái)加以說(shuō)明。 2.3.2.1 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)P型襯底BSiO2N+N+SDG 取一塊P型半導(dǎo)體作為襯底，用B表示。 用氧化工藝生成一層SiO2 薄膜絕緣層。

2、 然后用光刻工藝腐蝕出兩個(gè)孔。 擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)。從而形成兩個(gè)PN結(jié)。（綠色部分） 從N型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極D，一個(gè)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。 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的符號(hào)如左圖所示。左面的一個(gè)襯底在內(nèi)部與源極相連，右面的一個(gè)沒(méi)有連接，使用時(shí)需要在外部連接。DGSBDGSB 2.3.2.2 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理 對(duì)N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)三極管的工作原理，分兩個(gè)方面進(jìn)行討論，一是柵源電壓UGS對(duì)溝道會(huì)產(chǎn)生影響，二是漏源電壓UDS也會(huì)對(duì)溝道產(chǎn)生影響，從而對(duì)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+S

3、iO型襯底DSUGSU2=0空穴正離子電子負(fù)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(huì)將正對(duì)SiO2層的表面下的襯底中的空穴推走，從而形成一層負(fù)離子層，即耗盡層，用綠色的區(qū)域表示。 同時(shí)會(huì)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(dǎo)電溝道。 溝道中的電子和P型襯底的多子導(dǎo)電性質(zhì)相反，稱(chēng)為反型層。此時(shí)若加上UDS ，就會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生。反型層 顯然改變顯然改變UGS就會(huì)改變溝道，就會(huì)改變溝道，從而影響從而影響ID ，這說(shuō)明這說(shuō)明UGS對(duì)對(duì)ID的控制作用。的控制作用。0DSU 當(dāng)UGS較小時(shí)，不能形成有效的溝道，盡管

4、加有UDS ，也不能形成ID 。當(dāng)增加UGS，使ID剛剛出現(xiàn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的UGS稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，用UGS(th)或UT表示。 2漏源電壓UDS的控制作用 設(shè)UGSUGS(th)，增加UDS，此時(shí)溝道的變化如下。SDGPN+N+SiO2型襯底DSU+GSUGS(th)U空穴正離子電子負(fù)離子 顯然漏源電壓會(huì)對(duì)溝道產(chǎn)生影響，因?yàn)樵礃O和襯底相連接，所以加入U(xiǎn)DS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(jié)的寬度最大。所以加入U(xiǎn)DS后，在漏源之間會(huì)形成一個(gè)傾斜的PN結(jié)區(qū)，從而影響溝道的導(dǎo)電性。 當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時(shí)， ID會(huì)不斷增加,同時(shí)，漏端的耗盡層上移，會(huì)在漏端出現(xiàn)夾斷，這種狀態(tài)

5、稱(chēng)為預(yù)夾斷。預(yù)夾斷 當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時(shí)， 漏端的耗盡層向源極伸展，此時(shí)ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夾斷區(qū)。DI 2.3.2.3 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線有兩條，轉(zhuǎn)移特性曲線和漏極輸出特性曲線。1轉(zhuǎn)移特性曲線OGSU4321/VDImA/4321Uth(on)10VDSU N溝道增強(qiáng)型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如左圖所示，它是說(shuō)明柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系，可用這個(gè)關(guān)系式來(lái)表達(dá)，這條特性曲線稱(chēng)為轉(zhuǎn)移特性曲線。 轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 gm稱(chēng)為跨導(dǎo)。這是場(chǎng)效應(yīng)三極管的一個(gè)重要參數(shù)。co

6、nstGSDmDSUUIg單位mS（mA/V） 2漏極輸出特性曲線 當(dāng)UGSUGS(th)，且固定為某一值時(shí)，反映UDS對(duì)ID的影響，即ID=f(UDS)UGS=const這一關(guān)系曲線稱(chēng)為漏極輸出特性曲線。 場(chǎng)效應(yīng)三極管作為放大元件使用時(shí)，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(duì)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(duì)輸出電流的控制作用。OV2GSUV3V5 . 3V4DImA/15105DSU/V恒流區(qū).曲線分五個(gè)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(guò)損耗區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)過(guò)損耗區(qū) OV2

7、GSUV3V5 . 3V4DImA/15105DSU/V恒流區(qū).從漏極輸出特性曲線可以得到轉(zhuǎn)移特性曲線，過(guò)程如下：OGSU4321/VDImA/4321UGS(th)10VDSU 2.3.2.4 N溝道耗盡型MOSFETSDGPN+N+SiO2型襯底DGSBB+04321654321/mA/VDGSIUIDSSUGS(off) N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)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(dāng)UGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感生出電子形成導(dǎo)電溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。 當(dāng)UGS=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的漏極電流用IDSS表示。當(dāng)UGS0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。UGS0時(shí)，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的UGS稱(chēng)為夾斷電壓，用符號(hào)UGS(off)表示，有時(shí)也用UP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如右上圖所示。夾斷電壓IDSS 關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)的說(shuō)明：DGSBDGSBDGSBSGD