mos場(chǎng)效應(yīng)晶體管74014課件

§2.3MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFETJunctiontypeFieldEffectTransistorInsulatedGateFieldEffectTransistor分類N溝道P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET－

MetalOxideSemiconductorFET增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道MOS管結(jié)構(gòu)動(dòng)畫2－3以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例G－柵極（基極）S－源極（發(fā)射極）D－漏極（集電極）B－襯底N溝道增強(qiáng)型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型區(qū)，從N型區(qū)引出電極柵源電壓VGS對(duì)iD的控制作用VGS<VTN時(shí)（VTN

稱為開啟電壓)VGS＞VTN時(shí)(形成反型層)(動(dòng)畫2-4）當(dāng)VGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會(huì)在D、S間形成電流。0＜VGS＜VTN時(shí)，SiO2中產(chǎn)生一垂直于表面的電場(chǎng)，P型表面上感應(yīng)出現(xiàn)許多電子，但電子數(shù)量有限,不能形成溝道。當(dāng)VGS＞VTN時(shí)，由于此時(shí)柵壓較強(qiáng)，P型半導(dǎo)體表層中將聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極連通。如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在漏源電壓作用下開始導(dǎo)電時(shí)（即產(chǎn)生iD）的柵源電壓為開啟電壓VT

在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子，因與P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子空穴極性相反，故稱為反型層。漏源電壓VDS對(duì)iD的控制作用(動(dòng)畫2-5)VGS＞VT后,外加的VDS較小時(shí)，ID將隨著VDS的增加而增大。當(dāng)VDS繼續(xù)增加時(shí)，由于溝道電阻的存在，溝道上將產(chǎn)生壓降，使得電位從漏極到源極逐漸減小，從而使得SiO2層上的有效柵壓從漏極到源極增大，反型層中的電子也將從源極到漏極逐漸減小。

當(dāng)VDS大于一定值后，SiO2層上的有效柵壓小于形成反型層所需的開啟電壓，則靠近漏端的反型層厚度減為零，出現(xiàn)溝道夾斷，ID將不再隨VDS的增大而增大，趨于一飽和值。

轉(zhuǎn)移特性曲線iD=f(vGS)VDS=const輸入電壓與輸出電流間的關(guān)系曲線，對(duì)于共源電路，即：調(diào)制系數(shù)N溝道耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)VGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)在P型表面感應(yīng)出反型層，在漏源之間形成了溝道。于是只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。轉(zhuǎn)移特性曲線耗盡型與增強(qiáng)型MOS管的差異耗盡型：當(dāng)VGS＝0

時(shí)，存在導(dǎo)電溝道，ID≠0

增強(qiáng)型：當(dāng)VGS＝0

時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道，ID＝0

電路符號(hào)PMOS場(chǎng)效應(yīng)管PMOS管結(jié)構(gòu)和工作原理與NMOS管類似，但正常放大時(shí)所外加的直流偏置極性與NMOS管相反。PMOS管的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，制作方便；缺點(diǎn)是外加直流偏置為負(fù)電源，難與別的管子制作的電路接口。PMOS管速度較低，現(xiàn)已很少單獨(dú)使用，主要用于和NMOS管構(gòu)成CMOS電路。工作原理以N溝道PN結(jié)結(jié)型FET為例正常放大時(shí)外加偏置電壓的要求問(wèn)題：如果是P溝道，直流偏置應(yīng)如何加？VGS<0，使柵極PN結(jié)反偏，iG=0。VDS>0，使形成漏電流iD。柵源電壓對(duì)溝道的控制作用（動(dòng)畫2－9）當(dāng)VGS=0時(shí)，在漏、源之間加有一定電壓時(shí)，在漏源間將形成多子的漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)VGS＜0時(shí)，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小。VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP。漏源電壓對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS=0,VDS=0時(shí)，漏電流ID=0當(dāng)VGS=0,VDS增大時(shí)，漏電流ID也增大。此時(shí)由于存在溝道電阻，將使溝道內(nèi)電位分布不均勻，其中d端與柵極間的反壓最高，沿著溝道向下逐漸降低，源端最低，從而使耗盡層成楔形分布。

當(dāng)VDS繼續(xù)增大到使VGS-VDS=VP時(shí)，d端附近的溝道被夾斷，這稱為“預(yù)夾斷”。

出現(xiàn)預(yù)夾斷后，當(dāng)VDS繼續(xù)增大時(shí)，夾斷長(zhǎng)度會(huì)自上向下延伸，但從源極到夾斷處的溝道上溝道電場(chǎng)基本不隨VDS變化，ID基本不隨VDS增加而上升，趨于飽和值。N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管P溝道增強(qiáng)型

各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線N溝道耗盡型P溝道耗盡型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線N溝道P溝道場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)

當(dāng)VGS=0時(shí)，VDS>|VP|時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。輸入電阻RGSMOS管由于柵極絕緣，所以其輸入電阻非常大，理想時(shí)可認(rèn)為無(wú)窮大。飽和漏極電流IDSS場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)低頻跨導(dǎo)指漏極電流變化量與柵壓變化量的比值，可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取。最大漏極功耗PDM最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。低頻跨導(dǎo)gm以MOS管為例BJT與FET的比較雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)NPN型，PNP型C與E不可倒置使用結(jié)型耗盡型：N溝道P溝道絕緣柵