半導(dǎo)體器件物理_5孟慶巨

1、第五章第五章 MOSMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、一、MOSFETMOSFET的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)二、二、MOSFETMOSFET的工作原理的工作原理三、三、MOSFETMOSFET的直流特性曲線的直流特性曲線四、四、MOSFETMOSFET的種類的種類五、五、MOSFETMOSFET的電容與頻率特性的電容與頻率特性六、六、MOSFETMOSFET的技術(shù)發(fā)展的技術(shù)發(fā)展 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor)Field Effect Transistor)是是一種電壓控制器件，用輸入電壓控制輸出電流一種電壓控制器件，用輸入電壓控制輸出電流

2、的半導(dǎo)體器件，僅由一種載流子參與導(dǎo)電。從的半導(dǎo)體器件，僅由一種載流子參與導(dǎo)電。從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分，它有參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分，它有電子電子作為載流作為載流子的子的N N溝道器件和溝道器件和空穴空穴作為載流子的作為載流子的P P溝道器件。溝道器件。 從場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，它有三大類。從場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，它有三大類。 1.1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFETJFET (Junction type Field Effect Transistor) 2.2.金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MESFETMESFET ( Metal Semiconductor Fi

3、eld Effect Transistor) 3.3.金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFETMOSFET （Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ） p隨著集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，目前大部隨著集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，目前大部分超大規(guī)模集成電路都是分超大規(guī)模集成電路都是MOSMOS集成電路。在數(shù)字集集成電路。在數(shù)字集成電路，尤其是成電路，尤其是微處理機(jī)微處理機(jī)和和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器方面，方面，MOSMOS集成集成電路幾乎占據(jù)了絕對(duì)的位置。電路幾乎占據(jù)了絕對(duì)的位置。p此外，此外，MOSMOS在一些特種

4、器件，如在一些特種器件，如CCDCCD（電荷耦合器（電荷耦合器件）和敏感器件方面應(yīng)用廣泛。件）和敏感器件方面應(yīng)用廣泛。促進(jìn)促進(jìn)MOSMOS晶體管發(fā)展主要有以下四大技術(shù)：晶體管發(fā)展主要有以下四大技術(shù)：(a)(a)半導(dǎo)體表面的穩(wěn)定化技術(shù)半導(dǎo)體表面的穩(wěn)定化技術(shù)(b)(b)各種柵絕緣膜的實(shí)用化各種柵絕緣膜的實(shí)用化(c)(c)自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)MOSMOS工藝工藝(d) (d) 閾值電壓的控制技術(shù)閾值電壓的控制技術(shù)MOSFETMOSFET基本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在基本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P P型半型半導(dǎo)體上生成一層導(dǎo)體上生成一層SiOSiO2 2 薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)

5、散兩薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的個(gè)高摻雜的N N型區(qū)，從型區(qū)，從N N型區(qū)引出電極型區(qū)引出電極，一個(gè)是一個(gè)是漏極漏極D D，一，一個(gè)是個(gè)是源極源極S S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為作為柵極柵極G G。P P型半導(dǎo)體稱為型半導(dǎo)體稱為襯底襯底，用符號(hào)，用符號(hào)B B表示。表示。一、一、 MOSFETMOSFET的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)1 1、MOSMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)D(Drain)D(Drain)為漏極，相當(dāng)為漏極，相當(dāng)c c； G(Gate)G(Gate)為柵極，相當(dāng)為柵極，相當(dāng)b b； S(Source)S

6、(Source)為源極，相當(dāng)為源極，相當(dāng)e e。B(substrate),B(substrate),襯底極。襯底極。通常接地通常接地，有時(shí)為了控制電流或由有時(shí)為了控制電流或由于電路結(jié)構(gòu)的需要，在襯底和源之于電路結(jié)構(gòu)的需要，在襯底和源之間也加一個(gè)小偏壓間也加一個(gè)小偏壓(V(VBSBS) )。MOSMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是四端器件。場(chǎng)效應(yīng)晶體管是四端器件。若柵極材料用金屬鋁，則稱若柵極材料用金屬鋁，則稱“鋁柵鋁柵”器件；器件；若柵極材料用高摻雜的多晶硅，則稱若柵極材料用高摻雜的多晶硅，則稱“硅柵硅柵”器件。目前器件。目前絕大部分芯片生產(chǎn)廠家是采用絕大部分芯片生產(chǎn)廠家是采用“硅柵硅柵”工藝。工藝。對(duì)對(duì)N

7、MOSNMOS晶體管，源和漏是用濃度很高的晶體管，源和漏是用濃度很高的N N雜質(zhì)擴(kuò)散雜質(zhì)擴(kuò)散而成。在源、漏之間是受柵電壓控制的溝道區(qū)，溝而成。在源、漏之間是受柵電壓控制的溝道區(qū)，溝道區(qū)長(zhǎng)度為道區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng) L，寬度為，寬度為W W。對(duì)于對(duì)于NMOSNMOS，通常漏源之間加偏壓后，將電位低，通常漏源之間加偏壓后，將電位低的一端成為的一端成為源源，電位高的一端稱為，電位高的一端稱為漏漏，電流方，電流方向由漏端流向源端。向由漏端流向源端。2 2、MISMIS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（1） 表面空間電荷層和反型層表面空間電荷層和反型層表面空間電荷層和反型層實(shí)際上屬于半導(dǎo)體表面表面空間電荷層和反型層實(shí)際上屬于半導(dǎo)體表面的

8、感生電荷。的感生電荷。MIS結(jié)構(gòu)上加電壓后產(chǎn)生感生電荷的四種情況。結(jié)構(gòu)上加電壓后產(chǎn)生感生電荷的四種情況。 以以P P半導(dǎo)體的半導(dǎo)體的MISMIS結(jié)構(gòu)為例。結(jié)構(gòu)為例。 當(dāng)柵上加負(fù)電壓，所產(chǎn)生的感生電荷是被吸引到表面的多子當(dāng)柵上加負(fù)電壓，所產(chǎn)生的感生電荷是被吸引到表面的多子（空穴），在半導(dǎo)體表面形成（空穴），在半導(dǎo)體表面形成積累層積累層。 當(dāng)柵上加正電壓，電場(chǎng)的作用使多數(shù)載流子被排斥而遠(yuǎn)離表當(dāng)柵上加正電壓，電場(chǎng)的作用使多數(shù)載流子被排斥而遠(yuǎn)離表面，從而在表面形成由電離受主構(gòu)成的空間電荷區(qū)，形成面，從而在表面形成由電離受主構(gòu)成的空間電荷區(qū)，形成耗耗盡層盡層。此時(shí)，雖然有少子（電子）被吸引到表面，但數(shù)量

9、很。此時(shí)，雖然有少子（電子）被吸引到表面，但數(shù)量很少。這一階段，電壓的增加只是使更多的空穴被排斥走，負(fù)少。這一階段，電壓的增加只是使更多的空穴被排斥走，負(fù)空間電荷區(qū)加寬?？臻g電荷區(qū)加寬。 隨著正電壓的加大隨著正電壓的加大, ,負(fù)電荷區(qū)逐漸加寬，同時(shí)被吸引到表面的負(fù)電荷區(qū)逐漸加寬，同時(shí)被吸引到表面的電子也隨著增加。當(dāng)電壓達(dá)到某一電子也隨著增加。當(dāng)電壓達(dá)到某一“閾值閾值”時(shí)，吸引到表面時(shí)，吸引到表面的電子濃度迅速增大，在表面形成一個(gè)電子導(dǎo)電層，的電子濃度迅速增大，在表面形成一個(gè)電子導(dǎo)電層，即反型即反型層層。反型層出現(xiàn)后，再增加電極上的電壓，主要是反型層中。反型層出現(xiàn)后，再增加電極上的電壓，主要是反

10、型層中的電子增加，由電離受主構(gòu)成的耗盡層電荷基本不再增加。的電子增加，由電離受主構(gòu)成的耗盡層電荷基本不再增加。（2 2） 形成反型層的條件形成反型層的條件當(dāng)當(dāng)V VG G較小時(shí)，表面處的能帶較小時(shí)，表面處的能帶只是略微向下彎曲，使表面費(fèi)只是略微向下彎曲，使表面費(fèi)米能級(jí)米能級(jí)E EF F更接近本征費(fèi)米能級(jí)更接近本征費(fèi)米能級(jí)E Ei i，空穴濃度減少，電子濃度，空穴濃度減少，電子濃度增加，但與電離受主的空間電增加，但與電離受主的空間電荷相比仍較少，可忽略荷相比仍較少，可忽略。V VG G繼續(xù)增大，使表面費(fèi)米能級(jí)繼續(xù)增大，使表面費(fèi)米能級(jí)E EF F與本征費(fèi)米能級(jí)與本征費(fèi)米能級(jí)E Ei i時(shí)，表面電時(shí)

11、，表面電子濃度開始要超過(guò)空穴濃度，子濃度開始要超過(guò)空穴濃度，表面將從表面將從P P型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為N N型，稱為型，稱為“弱反型弱反型”。發(fā)生弱反型時(shí)，。發(fā)生弱反型時(shí)，電子濃度仍舊很低，并不起顯電子濃度仍舊很低，并不起顯著的導(dǎo)電作用。著的導(dǎo)電作用。當(dāng)表面勢(shì)達(dá)到費(fèi)米勢(shì)的當(dāng)表面勢(shì)達(dá)到費(fèi)米勢(shì)的兩倍，表面電子的濃度正兩倍，表面電子的濃度正好與體內(nèi)多子空穴的濃度好與體內(nèi)多子空穴的濃度相同，稱為相同，稱為“強(qiáng)反型強(qiáng)反型”。此時(shí)，柵極電壓此時(shí)，柵極電壓V VG G稱為稱為閾閾值電壓值電壓V VT T。V VG G繼續(xù)增大，耗盡層電荷繼續(xù)增大，耗盡層電荷Q QB B和表面勢(shì)和表面勢(shì)V Vs sV VF F基本不基

12、本不再變化，只有反型層載流子電荷隨電壓再變化，只有反型層載流子電荷隨電壓V VG G增加而增加。增加而增加。對(duì)于表面反型層中的電子，一邊是絕緣層，一邊是對(duì)于表面反型層中的電子，一邊是絕緣層，一邊是導(dǎo)帶彎曲形成的一個(gè)陡坡（空間電荷區(qū)電場(chǎng)形成的導(dǎo)帶彎曲形成的一個(gè)陡坡（空間電荷區(qū)電場(chǎng)形成的勢(shì)壘），因此，反型層通常又稱勢(shì)壘），因此，反型層通常又稱溝道溝道。 P P型半導(dǎo)體的表面反型層由電子構(gòu)成，稱為型半導(dǎo)體的表面反型層由電子構(gòu)成，稱為N N溝道。溝道。同理同理N N型半導(dǎo)體的表面反型層由空穴構(gòu)成，稱為型半導(dǎo)體的表面反型層由空穴構(gòu)成，稱為P P溝道。溝道。（3 3）發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，）發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，能帶向下

13、彎曲能帶向下彎曲2 2q qV VF F，即表面勢(shì)達(dá)到費(fèi)米勢(shì)的兩倍：，即表面勢(shì)達(dá)到費(fèi)米勢(shì)的兩倍：FsVV2施加在柵電極上的電壓施加在柵電極上的電壓V VG G為閾值電壓為閾值電壓V VT T：210)4(122FASiOXFOXBFTqVNCVCQVV式中式中Q QB B為強(qiáng)反型時(shí)表面區(qū)的耗盡層電荷密度，為強(qiáng)反型時(shí)表面區(qū)的耗盡層電荷密度，C Coxox為為MISMIS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中一絕緣層為電介質(zhì)的電容器上的單位面積的電容：中一絕緣層為電介質(zhì)的電容器上的單位面積的電容：OXSiOXTC0三、三、MOSFETMOSFET的直流特性的直流特性1 1、閾值電壓、閾值電壓 平帶電壓平帶電壓VFBVFB 在

14、實(shí)際的在實(shí)際的MOSMOS結(jié)構(gòu)中，柵氧化層中往往存在電荷結(jié)構(gòu)中，柵氧化層中往往存在電荷（Q Qfcfc），金屬），金屬半導(dǎo)體功函數(shù)差半導(dǎo)體功函數(shù)差V Vmsms也不等于零也不等于零（金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)的定義為真空中靜止電（金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)的定義為真空中靜止電子的能量子的能量E E0 0和費(fèi)米能級(jí)之差），因此，當(dāng)和費(fèi)米能級(jí)之差），因此，當(dāng)V VG G0 0時(shí)時(shí)半導(dǎo)體表面能帶已經(jīng)發(fā)生彎曲。為使能帶平直，半導(dǎo)體表面能帶已經(jīng)發(fā)生彎曲。為使能帶平直，需加一定的外加?xùn)艍喝パa(bǔ)償上述兩種因素的影響，需加一定的外加?xùn)艍喝パa(bǔ)償上述兩種因素的影響，這個(gè)外加?xùn)艍褐捣Q為平帶電壓，記為這個(gè)外加?xùn)艍褐捣Q為平帶電壓，記

15、為V VFBFBOXfcmsFBCQVV 閾值電壓閾值電壓oxBFFBTCQVVV2oxBFoxfcmsCQVCQV2 MOSFETMOSFET的放大作用的放大作用：由于反型層電荷強(qiáng)烈地依賴于由于反型層電荷強(qiáng)烈地依賴于柵壓，可利用柵壓控制溝道電流，實(shí)現(xiàn)放大作用。柵壓，可利用柵壓控制溝道電流，實(shí)現(xiàn)放大作用。 當(dāng)當(dāng)MOSFETMOSFET溝道中有電流流過(guò)時(shí)，沿溝道方向會(huì)產(chǎn)生溝道中有電流流過(guò)時(shí)，沿溝道方向會(huì)產(chǎn)生壓降，使壓降，使MOSMOS結(jié)構(gòu)處于非平衡狀態(tài)，結(jié)構(gòu)處于非平衡狀態(tài)，N N型溝道型溝道的的厚度、厚度、能帶連同其費(fèi)米能級(jí)沿能帶連同其費(fèi)米能級(jí)沿y y方向均隨著電壓的變化發(fā)方向均隨著電壓的變化發(fā)

16、生傾斜。生傾斜。2 2、MOSFETMOSFET的電流電壓關(guān)系的電流電壓關(guān)系漏源電壓漏源電壓V VDSDS對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流I ID D的控制作用的控制作用當(dāng)當(dāng)V VGSGSV VT T，且固定為某一值時(shí)，分析漏且固定為某一值時(shí)，分析漏源電壓源電壓V VDSDS對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流I ID D的影響。的影響。V VDSDS的不的不同變化對(duì)溝道的影響同變化對(duì)溝道的影響, ,見右圖。見右圖。對(duì)對(duì)N N型溝道和型溝道和P P型襯底之間的型襯底之間的PNPN結(jié)來(lái)講，結(jié)來(lái)講，結(jié)上的偏置情況沿溝道方向發(fā)生變化。結(jié)上的偏置情況沿溝道方向發(fā)生變化?？拷炊颂幙拷炊颂嶱NPN結(jié)為正偏，而在靠近漏端結(jié)為正偏，

17、而在靠近漏端處的那部分處的那部分PNPN結(jié)為反偏，因此，襯底和結(jié)為反偏，因此，襯底和溝道之間的溝道之間的PNPN結(jié)在靠近源端和靠近漏端結(jié)在靠近源端和靠近漏端處的耗盡層寬度是不同的。從而，溝道處的耗盡層寬度是不同的。從而，溝道的截面積也不相等，靠源端處溝道的截的截面積也不相等，靠源端處溝道的截面積最大，沿溝道方向逐步減小，靠漏面積最大，沿溝道方向逐步減小，靠漏斷處的溝道截面積最小。斷處的溝道截面積最小。漏源電壓漏源電壓VDS對(duì)溝道的影響對(duì)溝道的影響當(dāng)當(dāng)V VDSDS為為0 0或較小時(shí)，溝道分布如右或較小時(shí)，溝道分布如右圖，此時(shí)圖，此時(shí)V VDSDS 基本均勻降落在溝道基本均勻降落在溝道中，沿溝道

18、方向溝道截面積不相等中，沿溝道方向溝道截面積不相等的現(xiàn)象很不明顯，因此，源漏電流的現(xiàn)象很不明顯，因此，源漏電流I IDSDS隨隨V VDSDS幾乎是線性增加的。幾乎是線性增加的。（1 1）線性區(qū)）線性區(qū)DSDSTGSOXnDSVVVVLWCI)21(隨著隨著V VDSDS的增加，沿溝道方向溝道截面積不相等的現(xiàn)象的增加，沿溝道方向溝道截面積不相等的現(xiàn)象逐步表現(xiàn)出來(lái)，漏端處的溝道變窄，溝道電阻增大，逐步表現(xiàn)出來(lái)，漏端處的溝道變窄，溝道電阻增大，使使I ID D隨隨V VDSDS變化變化趨勢(shì)減慢，偏離直線關(guān)系。趨勢(shì)減慢，偏離直線關(guān)系。（2）飽和區(qū)）飽和區(qū)q當(dāng)當(dāng)V VDSDS增加到使漏端溝道截面積減增

19、加到使漏端溝道截面積減小到零時(shí)，稱為溝道小到零時(shí)，稱為溝道“夾斷夾斷”。q溝道夾斷后，若溝道夾斷后，若V VDSDS再增加，增加再增加，增加的漏壓主要降落在夾斷點(diǎn)到漏之間的漏壓主要降落在夾斷點(diǎn)到漏之間的高阻區(qū)，此時(shí)，漏電流基本不隨的高阻區(qū)，此時(shí)，漏電流基本不隨漏電壓增加，因此稱為漏電壓增加，因此稱為飽和區(qū)。飽和區(qū)。出出現(xiàn)夾斷時(shí)的現(xiàn)夾斷時(shí)的V VDSDS稱為稱為飽和電壓飽和電壓V VDSatDSat，與之對(duì)應(yīng)的電流為與之對(duì)應(yīng)的電流為飽和漏電流飽和漏電流I IDSatDSat。2)(21TGSOXnDSVVLWCIq當(dāng)然，隨著當(dāng)然，隨著V VDSDS的增大，夾斷的增大，夾斷點(diǎn)逐步向源端移動(dòng)，有效溝

20、道點(diǎn)逐步向源端移動(dòng)，有效溝道長(zhǎng)度將會(huì)變小，其結(jié)果將使長(zhǎng)度將會(huì)變小，其結(jié)果將使I IDSDS略有增加，這是溝道長(zhǎng)度調(diào)制略有增加，這是溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。效應(yīng)。（3 3）擊穿區(qū)）擊穿區(qū)飽和區(qū)后，飽和區(qū)后，V VDSDS繼續(xù)增大到一定程度時(shí)，晶體管將進(jìn)繼續(xù)增大到一定程度時(shí)，晶體管將進(jìn)入擊穿區(qū)，在該區(qū)，隨入擊穿區(qū)，在該區(qū)，隨V VDSDS的增加的增加I IDSDS迅速增大，直至迅速增大，直至引起漏襯底引起漏襯底PNPN結(jié)擊穿。結(jié)擊穿。（4 4）亞閾區(qū)）亞閾區(qū)當(dāng)柵壓低于閾值電壓時(shí)，在實(shí)際的當(dāng)柵壓低于閾值電壓時(shí)，在實(shí)際的MOSFETMOSFET中，由于中，由于半導(dǎo)體表面弱反型，漏電流并不為零，而是按指數(shù)半導(dǎo)

21、體表面弱反型，漏電流并不為零，而是按指數(shù)規(guī)律隨柵壓變化，通常稱此電流為亞閾值電流，主規(guī)律隨柵壓變化，通常稱此電流為亞閾值電流，主要由載流子（電子）的擴(kuò)散引起。要由載流子（電子）的擴(kuò)散引起。3 3、 襯底偏置效應(yīng)襯底偏置效應(yīng) V VBSBS00，襯底加偏壓后對(duì)，襯底加偏壓后對(duì)MOSFETMOSFET的特性將有一系列的特性將有一系列的影響。的影響。 加襯偏電壓后，即使加襯偏電壓后，即使VDS0，溝道也處于非平衡狀，溝道也處于非平衡狀態(tài)，由于表面空間電荷區(qū)的寬度隨著襯底偏置電壓態(tài)，由于表面空間電荷區(qū)的寬度隨著襯底偏置電壓的增大而展寬，會(huì)有更多的空穴被耗盡，使表面空的增大而展寬，會(huì)有更多的空穴被耗盡，

22、使表面空間電荷區(qū)的面密度也隨之而增大。因而要在半導(dǎo)體間電荷區(qū)的面密度也隨之而增大。因而要在半導(dǎo)體表面產(chǎn)生同樣數(shù)量的導(dǎo)電電子，必須加比平衡態(tài)更表面產(chǎn)生同樣數(shù)量的導(dǎo)電電子，必須加比平衡態(tài)更大的柵源電壓，閾值電壓也就隨偏置電壓的增大而大的柵源電壓，閾值電壓也就隨偏置電壓的增大而增大。增大。 由于反型層電荷減少，溝道電導(dǎo)下降，襯底偏置將由于反型層電荷減少，溝道電導(dǎo)下降，襯底偏置將使使IDS下降。下降。4 4、MOSFETMOSFET的直流特性曲線的直流特性曲線（1 1）MOSFETMOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線的轉(zhuǎn)移特性曲線反映了柵對(duì)漏源溝道電流的調(diào)控情況反映了柵對(duì)漏源溝道電流的調(diào)控情況轉(zhuǎn)移特性曲線斜率轉(zhuǎn)

23、移特性曲線斜率g gm m的大小反映了柵源電的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制壓對(duì)漏極電流的控制作用。作用。g gm m也稱為也稱為跨導(dǎo)跨導(dǎo)跨導(dǎo)的定義式如下跨導(dǎo)的定義式如下: : gm=ID/VGS VDS=const（2 2）MOSFETMOSFET的輸出特性曲線的輸出特性曲線四、四、MOSMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的種類場(chǎng)效應(yīng)晶體管的種類 若柵電壓為零時(shí)不存在導(dǎo)電溝道，必須在柵上施若柵電壓為零時(shí)不存在導(dǎo)電溝道，必須在柵上施加電壓才能形成反型層溝道的器件稱為加電壓才能形成反型層溝道的器件稱為增強(qiáng)增強(qiáng)（常（常閉）閉）型型MOSFETMOSFET；若在零偏壓下即存在導(dǎo)電溝道，；若在零偏壓下即存在導(dǎo)電溝

24、道，必須在柵上施加偏壓才能使溝道內(nèi)載流子耗盡的必須在柵上施加偏壓才能使溝道內(nèi)載流子耗盡的器件成為器件成為耗盡耗盡（常開）（常開）型型MOSFETMOSFET。 N N溝增強(qiáng)型、耗盡型溝增強(qiáng)型、耗盡型 P P溝增強(qiáng)型、耗盡型溝增強(qiáng)型、耗盡型1 1、n n溝和溝和p p溝溝按溝道載流子的類型來(lái)劃分按溝道載流子的類型來(lái)劃分nMOSFETnMOSFET：電子導(dǎo)電：電子導(dǎo)電 pMOSFETpMOSFET：空穴導(dǎo)電：空穴導(dǎo)電2 2、增強(qiáng)與耗盡、增強(qiáng)與耗盡V VGSGS=0=0，V VDSDS、V VBSBS一定值時(shí)一定值時(shí) MOSFETMOSFET導(dǎo)通，導(dǎo)通，I ID D00，耗盡型，耗盡型 MOSFET

25、MOSFET不導(dǎo)通，不導(dǎo)通，I ID D=0=0，增強(qiáng)型，增強(qiáng)型五、五、MOSFETMOSFET的電容和頻率特性的電容和頻率特性 反型層或溝道的反型電荷反型層或溝道的反型電荷Q Qi i 溝道下面的耗盡區(qū)體電荷溝道下面的耗盡區(qū)體電荷Q QB B 柵極電荷柵極電荷Q QG G （Q QG GQ Qi iQ QB B） 由漏襯底、源襯底由漏襯底、源襯底PNPN結(jié)引起的電荷結(jié)引起的電荷MOSFETMOSFET的瞬態(tài)特性是由器件的電容效應(yīng)，即器件中的瞬態(tài)特性是由器件的電容效應(yīng)，即器件中的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的。的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的。MOSFETMOSFET中的存儲(chǔ)電荷主要中的存儲(chǔ)電荷主要包括包括：根據(jù)其特

26、性，可以將這些電荷分成根據(jù)其特性，可以將這些電荷分成本征本征部分和部分和非本征非本征部分部分。 在交流高頻情況下，在交流高頻情況下，MOSMOS器件對(duì)這些本征電容和非器件對(duì)這些本征電容和非本征電容電容充放電存在一定延遲時(shí)間。此外，本征電容電容充放電存在一定延遲時(shí)間。此外，載流子渡越溝道也需要一定的時(shí)間，這些延遲時(shí)載流子渡越溝道也需要一定的時(shí)間，這些延遲時(shí)間決定間決定MOSFETMOSFET存在使用頻率的限制。存在使用頻率的限制。截止頻率截止頻率f fT T截止頻率定義為輸入電流與交流短路輸出電流相等時(shí)對(duì)應(yīng)的頻截止頻率定義為輸入電流與交流短路輸出電流相等時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率，記為率，記為f fT T。通常，把流過(guò)。通常，把流過(guò)C Cgsgs的電流上升到正好等于電壓控制的電流上升到正好等于電壓控制電流源電流源g gm mv vgsgs的頻率定義為的截止頻率，由此得到的頻率定義為的截止頻率，由此得到TCgsvgs=gmsvgsT=gm/Cgs fT=gms/(2Cgs)TGSnTVVLf243漏極電流對(duì)柵極信號(hào)電壓的響應(yīng)是通過(guò)載流子在溝道中的輸運(yùn)漏極電流對(duì)柵極信號(hào)電壓的響應(yīng)是通過(guò)載流子在溝道中的輸運(yùn)實(shí)現(xiàn)的，載流子從源到漏的運(yùn)動(dòng)需要一定時(shí)間、因而柵極加了實(shí)現(xiàn)的，載流子從源到漏的運(yùn)動(dòng)需要一定時(shí)間、因而柵極加了外來(lái)信號(hào)，