MOS_場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理及特點(diǎn)

1、MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理及特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管是只有一種載流子參與導(dǎo)電，用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。有N 溝道器件和 P溝道器件。有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET(Junction Field Effect Transister)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET 也稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體三極管 MOSFET(Metal Oxide SemIConductor FET )。MOS 場(chǎng)效應(yīng)管有增強(qiáng)型(Enhancement MOS 或 EMOS )和耗盡型(Depletion)MOS 或 DMOS )兩

2、大類，每一類有 N 溝道和 P 溝道兩種導(dǎo)電類型。場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)電極：D(Drain)稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極；G(Gate)稱為柵極，相當(dāng)于雙極型三極管的基極；S(Source)稱為源極，相當(dāng)于雙極型三極管的發(fā)射極。金屬氧化物 半導(dǎo)體增強(qiáng)型 MOS(EMOS)場(chǎng)效應(yīng)管道增強(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，一個(gè)是漏極 D, 一個(gè)是源極 S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P 型半導(dǎo)體稱為襯底(substrat)，用符號(hào) B表示。一、工作

3、原理1 .溝道形成原理當(dāng) Vgs=0 V 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。當(dāng)柵極加有電壓時(shí)，若0v Vgs Vgs(th)時(shí)，由于此時(shí)的柵極電壓已經(jīng)比較強(qiáng)，在靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體表層中聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子，因與 P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反 ，故稱為反型層(inversionlayer)。隨著 Vgs 的繼續(xù)增加，ID 將不斷增加。在 Vgs=0V 時(shí) ID=0，只有當(dāng) Vgs Vgs(th)后才會(huì)出現(xiàn)漏極電流，這種 MOS 管稱

4、為增強(qiáng)型 MOS 管。VGS 對(duì)漏極電流的控制關(guān)系可用iD=f(vGS)|VDS=const 這一曲線描述，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，見(jiàn)圖。轉(zhuǎn)移特性曲線斜率 gm 的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。gm 的量綱為 mA/V，所以 gm 也稱為跨導(dǎo)?？鐚?dǎo)的定義式如下：gm=AID/VGS|J7D3= const（單位 mS）2 . Vds 對(duì)溝道導(dǎo)電能力的控制當(dāng) Vgs Vgs(th)，且固定為某一值時(shí)，來(lái)分析漏源電壓Vds 對(duì)漏極電流 ID 的影響。Vds 的不同變化對(duì)溝道的影響如圖所示。根據(jù)此圖可以有如下關(guān)系VDS=VDG + VGS= VGD + VGSVGD=VGS VDS當(dāng) VDS 為

5、 0 或較小時(shí)，相當(dāng) VGD VGS(th),溝道呈斜線分布。在緊靠漏極處，溝道達(dá)到開(kāi)啟的程度以上,漏源之間有電流通過(guò)。當(dāng) VDS 增加到使 VGD=VGS(th)時(shí)，相當(dāng)于 VDS 增加使漏極處溝道縮減到剛剛開(kāi)啟的情況此時(shí)的漏極電流 ID 基本飽和。當(dāng) VDS 增加到 VGD VGS(th)，且固定為某一值時(shí)， VDS 對(duì) ID 的影響，即 iD=f(vDS)|VGS=const 這一關(guān)系曲線如圖02.16 所示。這一曲線稱為漏極輸出特性曲線。,可變電阻區(qū)/ mAA二、伏安特性1.非飽和區(qū)非飽和區(qū)(Nonsaturation Region )又稱可變電阻區(qū)，是溝道未被預(yù)夾斷的工作區(qū)。由不等式

6、 VGSVGS(th)、VDSVGS(th)、VDSVGS-VGS(th) 限定。漏極電流表達(dá)式：在這個(gè)工作區(qū)內(nèi)，ID 受 VGS 控制?？紤]厄爾利效應(yīng)的 ID 表達(dá)式：3.截止區(qū)和亞閾區(qū)VGS0 時(shí)，將使 ID 進(jìn)一步增加。VGS V 0 時(shí)，隨著 VGS 的減小漏極電流逐漸減小， 直至 ID=0。對(duì)應(yīng) ID=0 的 VGS 稱為夾斷電壓，用符號(hào) VGS(off)表示，有時(shí)也用 VP 表示。N 溝道耗盡型MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線見(jiàn)圖所示。,稱為預(yù)夾斷,/ lII;怛流任/ I I_H 一rrAXFfKrto 4 v1.-QS_ry卜1ib【0擊棄區(qū)/0$=2VIJ 30f 嶺s /VI1

7、N溝道耗盡型 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線P 溝道 MOSFET 的工作原理與 N 溝道 MOSFET 完全相同，只不過(guò)導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同 而已。這如同雙極型三極管有 NPN 型和 PNP 型一樣。MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理及特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管是只有一種載流子參與導(dǎo)電，用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET(Junction Field EffectTransister洲絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister)之分。IGFET也稱金屆-氧化物-半導(dǎo)體三極管MO

8、SFET ( Metal Oxide SemIConductor FET)。MOS場(chǎng)效應(yīng)管有增強(qiáng)型(Enhancement MOS或EMOS)和耗盡型(Depletion)MOS或DMOS)兩大類，每一類有N溝道和P溝道兩種導(dǎo)電類型。場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)電極：D(Drain)稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極；G(Gate)稱為柵極，相當(dāng)丁雙極型三極管的基極；S(Source)稱為源極，相當(dāng)丁雙極型三極管的發(fā)射極。當(dāng)Vgs=0 V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問(wèn)形成電流。當(dāng)柵極加有電壓時(shí)，若0VgsVgs (th)時(shí)，由丁此時(shí)的柵極電壓已經(jīng)比較強(qiáng)，在 靠近柵

9、極下方的P型半導(dǎo)體表層中聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源 極溝通。如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子，因與P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反，故稱為反型層(inversion layer)。隨著Vgs的繼續(xù)增加，ID將不斷增加。在Vgs =0V時(shí)ID=0,只有當(dāng)VgsVgs (th)后才會(huì)出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。VGS對(duì)漏極電流的控制關(guān)系可用iD=f(vGS)|VDS=const這一曲線描述，稱為轉(zhuǎn)移 特性曲線，見(jiàn)圖。轉(zhuǎn)移特性曲線斜率 gm 的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。gm 的量綱為 mA/V ,所以gm 也稱為跨導(dǎo)?？鐚?dǎo)的定義式如下：gmAID/AVGS|_ c了(單位 mS)轉(zhuǎn)移特性曲線斜率gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。gm的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導(dǎo)?？鐚?dǎo)的定義如下當(dāng)VDS為0或較小時(shí)，相當(dāng)VGD VGS(th),溝道呈斜線分布。在緊靠漏 極處，溝道達(dá)到開(kāi)啟的程度以上，漏源之間有電流通過(guò)。當(dāng)VD