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1、 下 一 頁上 一 頁 半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)MOS場 效 應(yīng) 晶 體 管 下 一 頁上 一 頁 場 效 應(yīng) 管 與 晶 體 管 的 區(qū) 別晶 體 管 是 電 流 控 制 元 件 ； 場 效 應(yīng) 管 是 電 壓 控 制 元 件 。晶 體 管 參 與 導(dǎo) 電 的 是 電 子 空 穴 ， 因 此 稱 其 為 雙 極 型器 件 ；場 效 應(yīng) 管 是 電 壓 控 制 元 件 ， 參 與 導(dǎo) 電 的 只 有 一 種 載 流子 ， 因 此 稱 其 為 單 級 型 器 件 。晶 體 管 的 輸 入 電 阻 較 低 ， 一 般 102 - 104； 場 效 應(yīng) 管 的 輸 入 電 阻 高 ， 可 達 109 -
2、1014 下 一 頁上 一 頁 晶 體 管 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 下 一 頁上 一 頁 MOS場 效 應(yīng) 晶 體 管場 效 應(yīng) 晶 體 管結(jié) 型 場 效應(yīng) 晶 體 管 （ JFET） 金 屬 半 導(dǎo) 體場 效 應(yīng) 晶 體 管 （ MESFET） MOS 場 效 應(yīng) 晶 體 管（ MOSFET） 下 一 頁上 一 頁 OUTLINE結(jié) 型 場 效 應(yīng) 晶 體 管MIS結(jié) 構(gòu) MOS電 容 結(jié) 構(gòu)MOSFET 下 一 頁上 一 頁 N基 底 ： N型 半 導(dǎo) 體P P 兩 邊 是 P區(qū)G(柵 極 ) S源 極D漏 極n結(jié) 構(gòu) 導(dǎo) 電 溝 道結(jié) 型 場 效 應(yīng) 晶 體 管 下 一 頁上 一 頁 PN
3、NG(柵 極 ) S源 極D漏 極P溝 道 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 NP PG(柵 極 ) S源 極D漏 極N溝 道 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 下 一 頁上 一 頁 n工 作 原 理 （ 以 P溝 道 為 例 ） USD=0V時U GS PG SD USDN NIDPN結(jié) 反 偏 ， UGS越大 則 耗 盡 區(qū) 越 寬 ，導(dǎo) 電 溝 道 越 窄 。UGS 對 導(dǎo) 電 性 能 的 影 響 下 一 頁上 一 頁 UDS=0V時PG SD USDUGS N NIDUGS越 大 耗 盡 區(qū) 越 寬 ，溝 道 越 窄 ， 電 阻 越 大 。 但 當(dāng) UGS較 小 時 ， 耗 盡區(qū) 寬 度 有 限 ， 存
4、在 導(dǎo)電 溝 道 。 DS間 相 當(dāng) 于線 性 電 阻 。 下 一 頁上 一 頁 UGS達 到 一 定 值 時（ 夾 斷 電 壓 VT） ,耗盡 區(qū) 碰 到 一 起 ， DS間被 夾 斷 ， 這 時 ， 即 使USD 0V， 漏 極 電 流ID=0A。 PG SD USDU GS N NID 下 一 頁上 一 頁 PG SD USDUGS UGS0、 UGDVT時耗 盡 區(qū) 的 形 狀N N越 靠 近 漏 端 ， PN結(jié) 反 壓 越 大 IDUSD 對 導(dǎo) 電 性 能 的 影 響 下 一 頁上 一 頁 PG SD USDUGS UGSVT且 USD較 大 時 UGDVT時 耗 盡 區(qū) 的 形
5、狀N N溝 道 中 仍 是 電 阻特 性 ， 但 是 是 非線 性 電 阻 。 ID 下 一 頁上 一 頁 G SD USDUGS UGSVT UGD=VT時N N漏 端 的 溝 道 被 夾 斷 ，稱 為 予 夾 斷 。USD增 大 則 被 夾 斷 區(qū)向 下 延 伸 。 ID 下 一 頁上 一 頁 G SD USDUGS UGS0多 子 遠 離 表 面 + + + + + + + + + + +P VG0耗 盡 層 （ 高 阻 區(qū) ） + + + + + + + + + + +P VG0反 型 層 ： 由 少 子 組成 ， 稱 為 溝 道 。 表 面 空 間 電 荷 層 和 反 型 層 N溝
6、道 下 一 頁上 一 頁 P VG0多 子 被 吸 引 表 面 P VGUT時 , 溝 道 加 厚 ， 溝 道 電 阻 減 少 ， 在 相 同 UDS的 作用 下 ， ID將 進 一 步 增 加 開 始 無 導(dǎo) 電 溝 道 ， 當(dāng) 在 UGSUT時 才 形 成 溝 道 ,這 種 類 型 的 管 子 稱 為 增 強 型 MOS管 下 一 頁上 一 頁 MOS管 襯 底 偏 置 效 應(yīng)保 證 兩 個 PN結(jié) 反 偏 ， 源 極 溝 道 漏 極 之 間處 于 絕 緣 態(tài)NMOS管 U BS加 一 負 壓PMOS管 UBS加 一 正 壓處 理 原 則 ：處 理 方 法 ： 下 一 頁上 一 頁 N溝
7、道 增 強 型 MOS場 效 應(yīng) 管 特 性 曲 線UDS一 定 時 ， UGS對 漏 極 電 流ID的 控 制 關(guān) 系 曲 線ID=f(UGS)UDS=C 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 UGDUT U GS(V)ID(mA)UTID與 UGS的 關(guān) 系 為IDK(UGS-UT)2溝 道 較 短 時 ， 應(yīng) 考 慮 UDS對溝 道 長 度 的 調(diào) 節(jié) 作 用 ：IDK(UGS-UT)2（ 1+UDS) K導(dǎo) 電 因 子 （ mA/V2)溝 道 調(diào) 制 長 度 系 數(shù)前 提 ： UDS為 0或 較 小 ， 使 得 UGD UT， 相 當(dāng) 于 晶 體 管 導(dǎo) 通 下 一 頁上 一 頁 N溝 道 增 強
8、型 MOS場 效 應(yīng) 管 特 性 曲 線UGS一 定 時 ， ID與 UDS的 變 化 曲 線 ， 是 一 族 曲 線 ID=f(UDS)UGS=C 輸 出 特 性 曲 線1.線 性 區(qū) ：當(dāng) UDS為 0或 較 小 時 ， 相 當(dāng) U GD UT，ID與 UDS的 關(guān) 系 近 線 性 ID 2K(UGS-UT)UDS UGS=6VUGS=4V UGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)漏 源 電 壓 UDS對 漏 極 電 流 ID的 控 制 作 用此 時 UDS 基 本 均 勻 降 落 在 溝 道中 ， 溝 道 呈 斜 線 分 布 。 在 UDS作用 下 ID線 性
9、變 化 ， 為 線 性 區(qū) 下 一 頁上 一 頁 當(dāng) UDS增 加 到 使 UGD=UT時 ，當(dāng) UDS增 加 到 UGDUT時 ， 這 相 當(dāng) 于 UDS增 加 使 漏 極 處 溝 道 縮 減到 剛 剛 開 啟 的 情 況 ， 稱 為 預(yù) 夾 斷 。 此 時 的漏 極 電 流 ID 基 本 飽 和 ， 為 飽 和 區(qū) 。預(yù) 夾 斷 區(qū) 域 加 長 ， 伸 向 S極 。 ID基 本趨 于 不 變 。當(dāng) U DS增 加 到 一 定 程 度 ， ID可 能隨 UDS迅 速 增 加 ， 直 至 pn結(jié) 擊 穿 ，為 擊 穿 區(qū) ,此 時 UDS為 泄 漏 擊 穿 電 壓 。 2. 飽 和 區(qū) （ 恒
10、 流 區(qū) ） ：3.擊 穿 區(qū) ： 下 一 頁上 一 頁 N溝 道 耗 盡 型 MOS場 效 應(yīng) 管 結(jié) 構(gòu)耗 盡 型 （ 常 開 型 ） MOS場 效 應(yīng) 管+ + + + + + + 耗 盡 型 MOS管 存 在原 始 導(dǎo) 電 溝 道 下 一 頁上 一 頁 N溝 道 耗 盡 型 MOS場 效 應(yīng) 管 工 作 原 理當(dāng) UGS=0時 ， UDS加 正 向 電 壓 ， 產(chǎn) 生 漏 極 電 流 ID,此 時 的 漏 極 電 流 稱 為 漏 極 飽 和 電 流 ， 用 IDSS表 示當(dāng) UGS 0時 ， 將 使 ID進 一 步 增 加 。當(dāng) UGS 0時 ， 隨 著 UGS的 減 小 漏 極 電
11、流 逐 漸 減 小 。直 至 ID=0。 對 應(yīng) ID=0的 UGS稱 為 夾 斷 電 壓 ， 用 符 號UP表 示 。 下 一 頁上 一 頁 小結(jié)：MOS 溝 道 區(qū) (Channel)， 溝 道 長 度 L 柵 極 (Gate) 源 區(qū) /源 極 (Source) 漏 區(qū) /漏 極 (Drain) NMOS、 PMOS、 CMOS 閾 值 電 壓 Vt， 擊 穿 電 壓 特 性 曲 線 、 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 泄 漏 電 流 (截 止 電 流 )、 驅(qū) 動 電 流 (導(dǎo) 通 電 流 ) 下 一 頁上 一 頁 作 業(yè)討 論 增 強 型 PMOS晶 體 管 的 工 作原 理 下 一 頁上 一 頁PMOSFET VBS0， 接 正 偏 壓 下 一 頁上 一 頁 UDS ID- -+- -+ - -UGS反 型 層
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