絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作原理及特性

1、絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作原理及特性場效應(yīng)管(MOSFET是一種外形與普通晶體管相似，但控制特性不同的半導(dǎo)體器件。 它的輸入電阻可高達(dá)10笛W而且制造工藝簡單，適用于制造大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路。場效應(yīng)管也稱為 MOSt,按其結(jié)構(gòu)不同，分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管和絕緣柵場效應(yīng)晶體管兩種類型。在本文只簡單介紹后 一種場效應(yīng)晶體管。絕緣柵場效應(yīng)晶體管按其結(jié)構(gòu)不同，分為N溝道和P溝道兩種。每種又有增強(qiáng)型和耗盡型兩類。下面簡單介紹它們的工作原理。1、增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管2、圖6-38是N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管示意圖。在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，用光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個高摻雜濃度的N+區(qū),并用金屬鋁引出兩

2、個電極，稱為漏極D和源極S如圖6-38(a)所示。然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏源極間的絕緣層上再裝一個鋁電極，稱為柵極G另外在襯底上也引出一個電極B,這就構(gòu)成了一個N溝道增強(qiáng)型MOSf。它的柵極與其他電極間是絕緣的。圖638(b)所示是它的符號。其箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。N旳道增強(qiáng)型場效應(yīng)管紡拘示胃圖低州溝道壇強(qiáng)型場效應(yīng)管符號圖6-38 N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)場效應(yīng)管在出廠前已聯(lián)結(jié)好)。從圖6-39(a) 可以看出，漏極D和源極S之間被P型存底隔開，則漏極D和源極S之間是兩個背靠背的PN結(jié)。 當(dāng)柵源電壓

3、UGS=0寸，即使加上漏源電壓UDS而且不論UDS的極性如何，總有一個PN結(jié)處于 反偏狀態(tài)，漏源極間沒有導(dǎo)電溝道，所以這時漏極電流ID0。若在柵源極間加上正向電壓，即UGS0，則柵極和襯底之間的Si02絕緣層中便產(chǎn)生一個垂 直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場，這個電場能排斥空穴而吸引電子，因而使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負(fù)離子)，形成耗盡層，同時P襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表面。當(dāng)UGS數(shù)值較小，吸引電子的能力不強(qiáng)時， 漏 源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn)，如圖639(b)所示。UGS增加時，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當(dāng)UGS達(dá)到某一數(shù)值時，這些電子在柵極

4、附近的P襯底表面便形成一個N型薄層，且與兩個N+區(qū)相連通，在漏源極間形成N型導(dǎo)電溝道，其導(dǎo)電類型與P襯底相反，故又稱為反型層如圖6-39(c)所示。UGS越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng)吸引到P襯底表面的電子就越多，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小。我們把開始形成溝道時的柵 稱為開啟電壓，用UT表示。源極電壓%II IF0 UPUGS的情況下均能實(shí)現(xiàn)對ID的控制，而且仍能保持柵源極間有很大的絕緣電阻，使柵極電流下均能實(shí)現(xiàn)對 ID的控制，而且仍能保持柵源極間有很大的絕緣電阻，使柵極電流為零。這是耗盡型場效應(yīng)管的一個重要特點(diǎn)。耗盡層 N型溝道（初始溝道）nJD N徇道耗盡型場效應(yīng)管結(jié)梅示富圈（h）盡型

5、場效應(yīng)菅符號圖6-42 N溝道耗盡型場效應(yīng)管6-43是N溝道耗盡型場效應(yīng)管的圖6-42(b)是N溝道耗盡型場效應(yīng)管的代表符號。圖輸出特性曲線，圖644是N溝道耗盡型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。實(shí)驗表明，耗盡型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可近似用表示圖6-44 N溝道耗盡型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線以上介紹了 N溝道絕緣柵場效應(yīng)增強(qiáng)型和耗盡型管， 實(shí)際上P溝道也有增強(qiáng)型和耗盡型,其符號如圖645所示。 襯底Qjo6) P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管符號(b) P溝道耗盡型場效應(yīng)管符號圖6-45 P溝道絕緣柵場效應(yīng)晶體管跨導(dǎo)gm是當(dāng)AUDS的比它的單位是絕緣柵場效應(yīng)管還有一個表示放大能力的參數(shù)， 即跨導(dǎo)，用符號gm表示。 漏一源電壓UDS為常數(shù)時，漏極