金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管課件

1、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor MOSFET姓名：黃鈺凱 導(dǎo)師：凌智勇第1頁(yè)，共19頁(yè)。半導(dǎo)體定義：半導(dǎo)體( semiconductor），指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。第2頁(yè)，共19頁(yè)。半導(dǎo)體按化學(xué)成分分類鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體；化合物半導(dǎo)體包括第和第族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第和第族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由-族化合物和-族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。第3頁(yè)，共19頁(yè)。半導(dǎo)體

2、按結(jié)構(gòu)分類P型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：它是靠空穴導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）的濃度就越高，導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。N型半導(dǎo)體：在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半導(dǎo)體。第4頁(yè)，共19頁(yè)。PN結(jié)的形成過(guò)程在無(wú)外電場(chǎng)和其它激發(fā)作用下，參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成PN結(jié)。第5頁(yè)，共19頁(yè)。晶體管晶體管，本名是半導(dǎo)體三極管，是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)，外部通常為三個(gè)引出電極的半導(dǎo)體器件。由兩個(gè)背靠背PN結(jié)構(gòu)成的具有電流放大作用的晶體三極管，雙極型晶體管有兩種基本結(jié)構(gòu)：PNP型和NPN型。第6頁(yè)，共19頁(yè)。雙極型晶體管分類NPN型三極

3、管，由三塊半導(dǎo)體構(gòu)成，其中兩塊N型和一塊P型半導(dǎo)體組成，P型半導(dǎo)體在中間，兩塊N型半導(dǎo)體在兩側(cè)。第7頁(yè)，共19頁(yè)。雙極型晶體管分類由兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體所組成的三極管，稱為PNP型三極管。第8頁(yè)，共19頁(yè)。晶體管的特性曲線飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE0.7V (硅管)， iC不受iB控制。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距，說(shuō)明iC主要受iB控制此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第9頁(yè)，共19頁(yè)。晶體管的特性曲線截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)， vBE小于死區(qū)電壓。此時(shí)

4、，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置第10頁(yè)，共19頁(yè)。金屬-氧化物-半導(dǎo)體絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET)MOSFET由一個(gè)MOS電容和靠近MOS柵控區(qū)域的兩個(gè)PN結(jié)組成。 柵氧化層硅襯底源區(qū)溝道區(qū)漏區(qū)第11頁(yè)，共19頁(yè)。N溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，共19頁(yè)。器件版圖和結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：溝道長(zhǎng)度 L、溝道寬度 W 、柵氧化層厚度T 、 源漏PN結(jié)結(jié)深X材料參數(shù)：襯底摻雜濃度 N、載流子遷移率u第13頁(yè)，共19頁(yè)。 工作原理電路連接PP+N+N+SGDUVDS- + 柵襯之間相當(dāng)于以SiO2為介質(zhì)的平板電容器。- + VGS第14頁(yè)，共

5、19頁(yè)。直流特性的定性描述：轉(zhuǎn)移特性工作在飽和區(qū)時(shí)，MOS管的正向受控作用，服從平方律關(guān)系式：第15頁(yè)，共19頁(yè)。 轉(zhuǎn)移特性曲線反映VDS為常數(shù)時(shí)，VGS對(duì)ID的控制作用,可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到。ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5VID/mAVGS /V012345VDS = 5VVDS = 5V轉(zhuǎn)移特性曲線中,ID 0 時(shí)對(duì)應(yīng)的VGS值,即開(kāi)啟電壓VGS（th） 。第16頁(yè)，共19頁(yè)。NEMOS管輸出特性曲線輸出特性曲線可劃分四個(gè)區(qū)域：非飽和區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)、擊穿區(qū)。 非飽和區(qū)（又稱可變電阻區(qū)） 特點(diǎn)：ID同時(shí)受UGS與UDS的控制。ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V第17頁(yè)，共19頁(yè)。NEMOS管輸出特性曲線 飽和區(qū)（又稱恒流區(qū)）特點(diǎn)：ID只受UGS控制，而與UDS近似無(wú)關(guān)，表現(xiàn)出類似三極管的正向 受控作用。 VGS(th)開(kāi)啟電壓，開(kāi)始有ID時(shí)對(duì)應(yīng)的VGS值 擊穿區(qū) 截止區(qū)（ID =0以下的區(qū)域）IG0，ID0第18頁(yè)，共19頁(yè)。輸出特性曲線ID =0 時(shí)對(duì)應(yīng)的VGS值 夾斷電壓VGS（off） 。VGS=0 時(shí)對(duì)應(yīng)的ID 值 飽和漏電流IDSSID/