IC版圖設(shè)計(jì)第一章

第一章半導(dǎo)體器件理論基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2PN結(jié)與結(jié)型二極管1.3雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4MOS晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1.1半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)晶體和非晶體：

從外觀看

晶體有一定的幾何外形，

非晶體沒有一定的形狀。

用來(lái)制作集成電路的硅、鍺等都是晶體，而玻璃、橡膠等都是非晶體。1.2.2本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。但是，當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高（例如室溫300K）或受到光照等外界因素的影響時(shí)，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子和空穴數(shù)目是相同的。在外加電場(chǎng)作用下，電子和空穴的運(yùn)動(dòng)方向相反，但由于電子和空穴所帶電荷相反，因而形成的電流是相加的，即順著電場(chǎng)方向形成電子和空穴兩種漂移電流。雜質(zhì)半導(dǎo)體根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體摻入少量的3價(jià)元素，如硼、鋁或銦，有3個(gè)價(jià)電子，形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少1個(gè)電子，產(chǎn)生1個(gè)空位?？昭槎鄶?shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。3價(jià)雜質(zhì)的原子很容易接受價(jià)電子，稱為“受主雜質(zhì)”。N型半導(dǎo)體摻入少量的5價(jià)元素，如磷、砷或銻，有5個(gè)價(jià)電子，形成共價(jià)鍵時(shí)，多余1個(gè)電子。電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生多余的電子，稱為“施主雜質(zhì)”。1.1.3方塊電阻Rs稱為方塊電阻，L/W為方塊數(shù)。第一章半導(dǎo)體器件理論基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2PN結(jié)與結(jié)型二極管1.3雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4MOS晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理PN結(jié)的形成PN結(jié)形成：控制同一塊半導(dǎo)體的摻雜，形成PN結(jié)合金法；擴(kuò)散法；離子注入法在P（N）型半導(dǎo)體上外延生長(zhǎng)N（P）型半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)：由導(dǎo)電類型相反的同一種半導(dǎo)體單晶材料組成的PN結(jié)---同質(zhì)結(jié)由兩種不同的半導(dǎo)體單晶材料組成的結(jié)---異質(zhì)結(jié)合金法---合金燒結(jié)方法形成PN結(jié)；擴(kuò)散法---高溫下熱擴(kuò)散，進(jìn)行摻雜；離子注入法---將雜質(zhì)離子轟擊到半導(dǎo)體基片中；PN結(jié)工藝合金法及其雜質(zhì)分布 合金法制備PN結(jié)的基本過程如圖所示加熱降溫熔融體擴(kuò)散法及其雜質(zhì)分布 用擴(kuò)散法制備PN結(jié)的基本過程如圖擴(kuò)散結(jié)的形成過程a）氧化b）光刻c）P型雜質(zhì)的擴(kuò)散d）PN結(jié)PN結(jié)的擴(kuò)散與漂移由于兩種半導(dǎo)體內(nèi)帶電粒子的正、負(fù)電荷相等，所以半導(dǎo)體內(nèi)呈電中性?！颬N結(jié)：+++++++++++++++---------------載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)建立內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)載流子的作用擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即ＰＮ結(jié)P區(qū)N區(qū)PN結(jié)平衡狀態(tài)下的PN結(jié)正負(fù)離子形成了內(nèi)建電場(chǎng)ε，N區(qū)指向P區(qū)；電場(chǎng)阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行內(nèi)建電場(chǎng)ε作用下，進(jìn)入空間電荷區(qū)的空穴在向P區(qū)漂移，自由電子向N區(qū)漂移，將產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)；漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反;動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，擴(kuò)散電流和漂移電流大小相等、方向相反，流過PN結(jié)的總電流為零。擴(kuò)散電流漂移電流擴(kuò)散與漂移共存平衡PN結(jié)的能帶圖平衡PN結(jié)的能帶圖a）N型、P型半導(dǎo)體的能帶b）平衡PN結(jié)的能帶PN結(jié)正向偏置PN結(jié)外加正向電壓（P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，或P區(qū)的電位高于N區(qū)電位），稱為正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏。PN結(jié)電流電壓特性PN結(jié)反向偏置PN結(jié)外加反向電壓（P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極，或P區(qū)的電位低于N區(qū)電位），稱為反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏。正向偏置：外加電場(chǎng)方向與自建電場(chǎng)方向相反，削弱自建電場(chǎng)；載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)超過了漂移運(yùn)動(dòng)；空間電荷區(qū)寬度減??；電子從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)，空穴從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)，共同構(gòu)成PN結(jié)正向電流；使邊界少子濃度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，形成大的濃度梯度和擴(kuò)散電流；PN結(jié)電流電壓特性反向偏置外加電場(chǎng)方向與自建電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)自建電場(chǎng)；載流子漂移運(yùn)動(dòng)超過了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；空間電荷區(qū)寬度增加；N區(qū)邊界的空穴（少子）被拉向P區(qū)，P區(qū)邊界的電子（少子）被拉向N區(qū)，即PN結(jié)的反向抽取效應(yīng)；反向漏電流；PN結(jié)電流電壓特性反向偏置反向飽和電流（邊界少子濃度變化量最大不會(huì)超過平衡時(shí)的少子濃度）PN結(jié)擊穿（反向擊穿）原因：載流子數(shù)量的增大機(jī)制：熱電擊穿（不可恢復(fù)），雪崩擊穿，隧道擊穿PN結(jié)電流電壓特性PN結(jié)正偏時(shí)呈導(dǎo)通狀態(tài)，正向電阻很小，正向電流很大；

PN結(jié)反偏時(shí)呈截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流很小?！?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)電流電壓特性PN結(jié)型二極管(a)PN結(jié)擊穿

熱電擊穿

PN結(jié)加偏壓增加，溫度上升，反向電流增大，兩者循環(huán)下去，最終導(dǎo)致反向電流無(wú)限增大而發(fā)生擊穿。PN結(jié)的擊穿現(xiàn)象隧道擊穿

隧道擊穿是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，由隧道效應(yīng)使大量電子從價(jià)帶穿過禁帶，而進(jìn)入到導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象。又稱齊納擊穿。PN結(jié)隧道擊穿示意圖PN結(jié)擊穿

雪崩擊穿雪崩擊穿示意圖PN結(jié)擊穿

PN結(jié)電容效應(yīng)電容描述電子系統(tǒng)電荷存儲(chǔ)能力的物理量。如果一個(gè)半導(dǎo)體系統(tǒng)中存儲(chǔ)的電荷量隨外加電壓發(fā)生變化，則該系統(tǒng)中就存在電容。定義為：PN結(jié)中具有電荷存儲(chǔ)效應(yīng)的因素包括：空間電荷耗盡區(qū)的耗盡電荷和外加偏壓后的過剩少子注入。PN結(jié)電容效應(yīng)PN結(jié)有存儲(chǔ)和釋放電荷的能力。勢(shì)壘電容：當(dāng)PN結(jié)上外加電壓變化，勢(shì)壘區(qū)的空間電荷相應(yīng)變化所對(duì)應(yīng)的電容效應(yīng)。當(dāng)PN結(jié)上外加的正向電壓增加，勢(shì)壘高度降低?空間電荷減少當(dāng)PN結(jié)上外加的反向電壓增加，勢(shì)壘高度增加?空間電荷增加擴(kuò)散電容當(dāng)PN結(jié)上外加電壓變化，擴(kuò)散區(qū)的非平衡載流子的積累相應(yīng)變化所對(duì)應(yīng)的電容效應(yīng)。當(dāng)正向偏置電壓增加，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的非平衡載流子積累很快增加；在反向偏置下，非平衡載流子數(shù)變化不大，擴(kuò)散電容可忽略；PN結(jié)電容效應(yīng)第一章半導(dǎo)體器件理論基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2PN結(jié)與結(jié)型二極管1.3雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4MOS晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理電子和空穴二種載流子同時(shí)參與輸運(yùn)的、具有電流和功率放大能力的三端半導(dǎo)體器件，通常簡(jiǎn)稱晶體管。按功能---高頻晶體管、低頻晶體管、大功率晶體管、小功率晶體管、開關(guān)晶體管、低噪聲晶體管，等。由滿足一定幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料物理參數(shù)要求的二只背靠背的pn結(jié)構(gòu)成；直流和交流工作狀態(tài)下呈現(xiàn)不同的電學(xué)特性。雙極型晶體管:基本特征：分類:按材料—Ge晶體管、Si晶體管、GaAs、SiGe晶體管等。按能帶結(jié)構(gòu)—同質(zhì)結(jié)晶體管(BJT)，一般稱其為晶體管。異質(zhì)pn結(jié)晶體管(HBT)，簡(jiǎn)稱異質(zhì)結(jié)晶體管。異質(zhì)結(jié)晶體管具有更優(yōu)良的電學(xué)特性。雙極型晶體管一般有三個(gè)電極（即三個(gè)引出腳）下面是一些雙極型晶體管的外型。大功率低頻三極管中功率低頻三極管小功率高頻三極管在電路中的主要作用：電流電壓放大器，電壓基準(zhǔn)源，振蕩器，功率開關(guān)等。晶體管的特性

一、晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1.晶體管的兩種結(jié)構(gòu)一、晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1.晶體管一般有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)雙極型晶體管(BJT)2.晶體管的三個(gè)區(qū)一、晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介2.晶體管有三個(gè)區(qū):N集電區(qū)NP基區(qū)e發(fā)射極b基極c集電極發(fā)射區(qū)管芯結(jié)構(gòu)剖面圖

基區(qū)(P):很薄,空穴濃度較小——引出基極b.

發(fā)射區(qū)(N):與基區(qū)的接觸面較小——引出發(fā)射極e.

集電區(qū)(N):與基區(qū)的接觸面較大——引出集電極c.1.晶體管一般有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)以NPN型晶體管為例。雙極型晶體管(BJT)發(fā)射極的電路符號(hào)一、晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

基區(qū)(P):很薄,空穴濃度較小——引出基極b.

發(fā)射區(qū)(N):與基區(qū)的接觸面較小——引出發(fā)射極e.

集電區(qū)(N):與基區(qū)的接觸面較大——引出集電極c.1.晶體管一般有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)注意：發(fā)射極的符號(hào)帶箭頭。PNP型ECBECBNPN型雙極型晶體管電路符號(hào)2.晶體管有三個(gè)區(qū):雙極型晶體管(BJT)雙極型晶體管(BJT)3.晶體管的兩個(gè)PN結(jié)一、晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1.晶體管一般有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)PNP型ECBECBNPN型雙極型晶體管電路符號(hào)NPN與PNP管具有幾乎等同的特性，只不過各電極端的電壓極性和電流流向不同而已。2.晶體管有三個(gè)區(qū):

很顯然，三極管有兩個(gè)PN結(jié)，發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)間的叫集電結(jié)。雙極型晶體管(BJT)二、晶體管的電流分配和放大作用

1.晶體管正常工作時(shí)各極電壓的連接及作用NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性

顧名思義：發(fā)射區(qū)的作用是發(fā)射電子,集電區(qū)的作用是收集電子,下面以NPN型三極管為例分析載流子(即電子和空穴)在晶體管內(nèi)部的傳輸情況。

二、晶體管的電流分配與放大作用發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極集電極基極

發(fā)射結(jié)必須處于正向偏置——目的削弱發(fā)射結(jié)

集電結(jié)必須處于反向偏置——目的增強(qiáng)集電結(jié)VEEVCC+－+－ICN連接BJT各極間電壓的一般特性晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)動(dòng)畫演示NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向VEEVCCVCC+－+ICN

發(fā)射結(jié)必須處于正向偏置——目的削弱發(fā)射結(jié)

集電結(jié)必須處于反向偏置——目的增強(qiáng)集電結(jié)

二、晶體管的電流分配與放大作用

分析集電結(jié)電場(chǎng)方向知,反向偏置有利于收集在基區(qū)的電子1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性

發(fā)射結(jié)變薄有利于發(fā)射區(qū)的電子向基區(qū)擴(kuò)散連接BJT各極間電壓的一般特性晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)

二、晶體管的電流分配與放大作用2.晶體管的電流分配

發(fā)射極電流的組成NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向2.晶體管的電流分配

發(fā)射極電流IE:主要由發(fā)射區(qū)的電子擴(kuò)散(IEN)而成,亦有極少數(shù)的由基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的空穴電流(IEP)。IE=IEN+IEPIENVEEVCCVCC+－+ICN

注意電流方向：電流方向與電子移動(dòng)方向相反,與空穴移動(dòng)方向相同。1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)

二、晶體管的電流分配與放大作用基極電流的形成NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向

基極電流IB:基極電流主要由基區(qū)的空穴與從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來(lái)的電子復(fù)合而成。同時(shí)電源VEE又不斷地從基區(qū)中把電子拉走,維持基區(qū)有一定數(shù)量的空穴。VEEVCCVCC+－+ICN2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性

由于基區(qū)有少量空穴,所以從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來(lái)的電子在基區(qū)會(huì)被復(fù)合掉一些,形成基極電流。晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)集極電流的形成

二、晶體管的電流分配與放大作用NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向

集電極電流IC:集電極電流主要由集電結(jié)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散至基區(qū)的電子而成(ICN)。亦有由于基區(qū)和集電區(qū)的少子漂移作用而產(chǎn)生的很小的反向飽和電流ICBO。VEEVCCIC=ICN+ICBOICNVCC+－+ICN

由于基區(qū)空穴的復(fù)合作用,集電區(qū)收集的電子數(shù)會(huì)比發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的電子數(shù)要小一些,即集電極電流IC比發(fā)射極電流IE要小一些。2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)

二、晶體管的電流分配與放大作用IE=IB+ICNNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向

由電路分析的內(nèi)容可知,三個(gè)電極之間的電流關(guān)系為：VEEVCCIE=IB+ICRbVEEVCCRLIB

發(fā)射極與基極之間為正向偏置+－+－IE=IB+IC

集電極與基極之間為反向偏置ICVCC+－+2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性

三極管的三個(gè)極不管如何連接,這個(gè)關(guān)系是不會(huì)改變的。

以后畫電路時(shí)三極管就不再使用結(jié)構(gòu)圖而用電路符號(hào)圖了。晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)

二、晶體管的電流分配與放大作用①系數(shù)的意義NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向①為了表示集電極收集發(fā)射區(qū)發(fā)射電子的能力,通常使用一個(gè)常數(shù)hfb()表示VEEVCChfb==iC／iERbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性iC和iE是表示通過三極管集電極和發(fā)射極電流的瞬時(shí)值.晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)②系數(shù)的意義NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向②為了表示集電極電流是基極電流的倍數(shù),通常使用一個(gè)常數(shù)hfe()表示VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+hfe==iC／iBhfe()稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

二、晶體管的電流分配與放大作用2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)③與之間的關(guān)系NNP空穴電子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN電流方向③hfb()與hfe()之間的關(guān)系VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICIC=

1－

VCC+－+

二、晶體管的電流分配與放大作用聯(lián)立下面三式可求出此關(guān)系式：iC=iBiC=iEiE=iC+iB

2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性晶體管的電流分配晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)3.放大作用

二、晶體管的電流分配與放大作用3.放大作用共射基本放大電路的組成演示

三極管的放大作用實(shí)際上是使微小的信號(hào)(如微小變化的電壓、微小變化的電流）轉(zhuǎn)換成較大變化的信號(hào)。要使三極管有放大作用,必須與一些阻容元件按一定的方式連接成電路,稱為放大電路。最基本的放大電路是共射極放大電路。2.晶體管的電流分配1.晶體管各PN結(jié)電壓連接的一般特性晶體管的放大作用雙極型晶體管(BJT)(1)共射電路的組成viVBBVCCRL1K+－+－ceb

輸入與輸出回路共用發(fā)射極，所以稱為共發(fā)射極放大電路。

二、晶體管的電流分配與放大作用=49

基極與發(fā)射極間組成輸入回路3.放大作用(1)共射極放大電路集電極與發(fā)射極間組成輸出回路晶體管共射極放大電路的組成共射極電路的電壓放大原理

三極管的放大作用實(shí)際上是使微小的信號(hào)(如微小變化的電壓、微小變化的電流）轉(zhuǎn)換成較大變化的信號(hào)。要使三極管有放大作用,必須與一些阻容元件按一定的方式連接成電路,稱為放大電路。最基本的放大電路是共射極放大電路。雙極型晶體管(BJT)

二、晶體管的電流分配與放大作用三個(gè)交變電流3.放大作用(1)共射極放大電路viVBBVCCiB=IB+iB

iC=IC+iC

vOiE=IE+iE

+－+－+－cebRL1K=49共射極電路的電壓放大原理(2)共射電路的電壓放大

輸出電路同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)變化的電流。

輸入信號(hào)電壓在輸入回路上產(chǎn)生一個(gè)變化的電流。

三極管的放大作用實(shí)際上是使微小的信號(hào)(如微小變化的電壓、微小變化的電流）轉(zhuǎn)換成較大變化的信號(hào)。要使三極管有放大作用,必須與一些阻容元件按一定的方式連接成電路,稱為放大電路。最基本的放大電路是共射極放大電路。

變化的電流在負(fù)載電阻上產(chǎn)生一個(gè)變化電壓。

三極管的放大作用實(shí)際上是使微小的信號(hào)(如微小變化的電壓、微小變化的電流）轉(zhuǎn)換成較大變化的信號(hào)。要使三極管有放大作用,必須與一些阻容元件按一定的方式連接成電路,稱為放大電路。最基本的放大電路是共射極放大電路。雙極型晶體管(BJT)

二、晶體管的電流分配與放大作用3.放大作用(1)共射極放大電路(2)放大作用

這個(gè)放大電路的電壓放大倍數(shù)為viVBBVCCiB=IB+iB

iC=IC+iC

vOiE=IE+iE

+－+－+－ceb(2)共射電路的電壓放大=49RL1K

設(shè)輸入信號(hào)電壓變化vi=20mV,產(chǎn)生基極電流的變化量為iB=20A

輸出電流變化量為iC=iB=49×20A=980A=0.98mA

變化的電流在負(fù)載電阻上產(chǎn)生的電壓變化量為vO=-iCRL

=-0.98mA×1k=-0.98V共射極電路的電壓放大原理AV=vo/vi=-0.98V/20mV=-49小結(jié)

１．雙極型半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)是有兩種載流子（自由電子和空穴）同時(shí)參于導(dǎo)電。PN結(jié)是組成雙極型半導(dǎo)體的基礎(chǔ)。２．雙極型晶體管是一種電流控制器件（基極電流控制集電極電流），他具有電流放大作用。晶體管有二個(gè)PN結(jié)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)；有三種工作狀態(tài)：放大、截止和飽和。

第一章半導(dǎo)體器件理論基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2PN結(jié)與結(jié)型二極管1.3雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4MOS晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理場(chǎng)效應(yīng)管：利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的三極管；一種載流子參與導(dǎo)電，又稱單極型(Unipolar)晶體管。原理：利用改變垂直于導(dǎo)電溝道的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制溝道的導(dǎo)電能力而實(shí)現(xiàn)放大作用。雙極晶體管：參加工作的不僅有少數(shù)載流子，也有多數(shù)載流子，故統(tǒng)稱為雙極晶體管；特點(diǎn)單極型器件(靠多數(shù)載流子導(dǎo)電)；輸入電阻高：可達(dá)1010（有資料介紹可達(dá)1014）以上、抗輻射能力強(qiáng)

；制作工藝簡(jiǎn)單、易集成、熱穩(wěn)定性好、功耗小、體積小、成本低。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)、工作原理和輸出特性

柵極Al(Gate)源極(Source)漏極(Drain)絕緣層SiO2(Insulator)保護(hù)層表面溝道(Channel)襯底電極(Substrate)OhmiccontactMOS管結(jié)構(gòu)兩邊擴(kuò)散兩個(gè)高濃度的N區(qū)形成兩個(gè)PN結(jié)以P型半導(dǎo)體作襯底NMOS通常，MOS管以金屬Al(Metal)SiO2(Oxide)Si(Semiconductor)作為代表結(jié)構(gòu)基質(zhì)：硅、鍺、砷化鎵和磷化銦等柵材：二氧化硅、氮化硅、和三氧化二鋁等制備工藝：MOSFET基本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P型（N型）半導(dǎo)體上生成一層SiO2

薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型（P型）區(qū)，從N型（P型）區(qū)引出電極?；窘Y(jié)構(gòu)參數(shù)

----電容結(jié)構(gòu)溝道長(zhǎng)度溝道寬度柵絕緣層厚度tOX

擴(kuò)散結(jié)深襯底摻雜濃度NA

+表面電場(chǎng)MOSFETFundamentalsD-S

間總有一個(gè)反接的PN結(jié)產(chǎn)生垂直向下的電場(chǎng)MOS管工作原理

柵壓從零增加，表面將由耗盡逐步進(jìn)入反型狀態(tài)，產(chǎn)生電子積累。當(dāng)柵壓增加到使表面積累的電子濃度等于或超過襯底內(nèi)部的空穴平衡濃度時(shí)，表面達(dá)到強(qiáng)反型，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵壓稱為閾值電壓UT

。感應(yīng)表面電荷吸引電子電場(chǎng)排斥空穴NMOS正常工作時(shí)的偏置強(qiáng)反型時(shí)，表面附近出現(xiàn)的與體內(nèi)極性相反的電子導(dǎo)電層稱為反型層——溝道，以電子導(dǎo)電的反型層稱做N溝道。感應(yīng)表面電荷一種典型的電壓控制型器件電流通路——從漏極經(jīng)過溝道到源極UGS=0,

UDS≠0，漏端PN結(jié)反偏，反偏電流很小——器件截止

UGS≠0,

UDS≠0，表面形成溝道，漏區(qū)與源區(qū)連通，電流明顯；

——器件導(dǎo)通

zeroappliedbias源極和漏極之間始終有一個(gè)PN結(jié)反偏，IDS=0分析：漏-源輸出特性

下面分區(qū)討論各區(qū)的特點(diǎn)曲線與虛線的交點(diǎn)為“夾斷點(diǎn)”夾斷區(qū)(截止區(qū))恒流區(qū)(放大區(qū)或飽和區(qū))預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)擊穿區(qū)（1）截止區(qū)特性（UGS

<UT開啟電壓）外加?xùn)烹妷篣GS在表面產(chǎn)生感應(yīng)負(fù)電荷，隨著柵極電壓的增加，表面將逐漸形成耗盡層。但耗盡層電阻很大，流過漏—源端的電流很小，也只是PN結(jié)反向飽和電流，這種工作狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)。Operation

Modes夾斷區(qū)(截止區(qū))恒流區(qū)(放大區(qū)或飽和區(qū))預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)擊穿區(qū)（2）線性區(qū)特性（UGS

≥UT）——曲線OA段當(dāng)UGS

UT后，表面形成強(qiáng)反型導(dǎo)電溝道，若加上偏置電壓UDS

，載流子就通過反型層導(dǎo)電溝道，從源端向漏端漂移，由漏極收集形成漏-源電流IDS。UGS增大，反型層厚度亦增厚，因而漏-源電流線性增加。表面形成反型層時(shí)，反型層與襯底間同樣形成PN結(jié)，這種結(jié)是由表面電場(chǎng)引起的;——場(chǎng)感應(yīng)結(jié)

UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的;夾斷區(qū)(截止區(qū))恒流區(qū)(放大區(qū)或飽和區(qū))預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)擊穿區(qū)（3）溝道夾斷——曲線A點(diǎn)表面強(qiáng)反型形成導(dǎo)電溝道時(shí)，溝道呈現(xiàn)電阻特性，漏-源電流通過溝道電阻時(shí)，將在其上產(chǎn)生電壓降。柵絕緣層上的有效電壓降從源到漏端逐漸減小，UDS很大時(shí)，降落在柵下各處絕緣層上的電壓不相等，反型層厚度不相等，因而導(dǎo)電溝道中各處的電子濃度不相同；UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形沿溝道有電位梯度絕緣層內(nèi)不同點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不同,左高右低夾斷區(qū)(截止區(qū))恒流區(qū)(放大區(qū)或飽和區(qū))預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)擊穿區(qū)當(dāng)電壓繼續(xù)增加到漏端柵絕緣層上的有效電壓降低于表面強(qiáng)反型所需的閾值電壓UT

時(shí)，漏端表面的反型層厚度減小到零，即漏端處溝道消失，只