微電子學概論ch2MOS場效應晶體管

半導體器件物理基礎——MOS場效應晶體管微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!場效應管與晶體管的區(qū)別晶體管是電流控制元件；場效應管是電壓控制元件。晶體管參與導電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場效應管是電壓控制元件，參與導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；場效應管的輸入電阻高，可達109-1014微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!晶體管的基本結構微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!MOS場效應晶體管場效應晶體管結型場效應晶體管（JFET）金屬－半導體場效應晶體管（MESFET）

MOS場效應晶體管（MOSFET）微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極結構導電溝道結型場效應晶體管微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!工作原理（以P溝道為例）USD=0V時UGSPGSDUSDNNNNIDPN結反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導電溝道越窄。UGS對導電性能的影響微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6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USD0V，漏極電流ID=0A。PGSDUSDUGSNNID微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!PGSDUSDUGSUGS<VT且USD較大時UGD<VT時耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。ID微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!GSDUSDUGSUGS<VTUGD=VT時NN此時，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨USD的增加而增加，呈恒流特性。ID微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!絕緣柵場效應管PNNGSDP型基底源漏區(qū)絕緣層導電溝道金屬鋁（柵極）微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!OUTLINE結型場效應晶體管MIS結構

MOS電容結構MOSFET微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!+++++++++++PVG>0多子遠離表面+++++++++++PVG>0耗盡層（高阻區(qū)）+++++++++++PVG>0反型層：由少子組成，稱為溝道。表面空間電荷層和反型層N溝道微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!OUTLINE結型場效應晶體管MIS結構

MOS電容結構MOSFET微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!MOS結構的電容交流電容交流電容C定義為：+Q-QEd+-V面積A+Q-QVQVC（V〕＝斜率對于理想的交流電容，C與頻率無關這里理想指電容中沒有能量的耗散：1、忽略金屬引線的電阻（超導線〕2、介質層不吸收能量微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!OUTLINE結型場效應晶體管MIS結構

MOS電容結構MOSFET微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!增強型MOS場效應管(以N溝道為例）漏極D→收集極C源極S→發(fā)射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導體因此稱之為MOS管微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!MOS管襯底偏置效應

保證兩個PN結反偏，源極—溝道—漏極之間處于絕緣態(tài)NMOS管—UBS加一負壓PMOS管—UBS加一正壓處理原則：處理方法：微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!N溝道增強型MOS場效應管特性曲線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UDS為0或較小時，相當UGD＞UT，ID與UDS的關系近線性ID≈2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=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線性變化，為線性區(qū)微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

N溝道耗盡型MOS場效應管結構耗盡型（常開型）MOS場效應管+++++++耗盡型MOS管存在原始導電溝道微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!小結：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、轉移特性曲線泄漏電流(截止電流)、驅動電流(導通電流)微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!PMOSFETVBS>0，接正偏壓微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!OUTLINE結型場效應晶體管MIS結構

MOS電容結構MOSFET微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結型場效應管NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結型場效應管微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!UDS=0V時PGSDUSDUGSNNIDNNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導電溝道。DS間相當于線性電阻。微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!PGSDUSDUGSUGS<VT且USD>0、UGD<VT時耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結反壓越大IDUSD對導電性能的影響微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!GSDUSDUGSUGS<VTUGD=VT時NN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微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!結型場效應管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應管可以很好地解決這些問題2.在高溫下，PN結的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!根據(jù)導電溝道：nMOS、pMOSMOS場效應管微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!MIS結構金屬（Metal）絕緣體（Insulator）半導體（Semiconductor）MIS結構是MOSFET的基本組成部分微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!－－－－－－－－PVG<0多子被吸引表面－－－－－－－－PVG<0半導體內的變化并不顯著表面空間電荷層和反型層微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!電容的含義平行板電容器+Q-QEd+-V面積A電容C定義為：QVC＝斜率直流和交流時均成立微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!MOS電容的結構半導體中的電容通常是交流電容微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!MOSFET增強型MOSFET*耗盡型MOSFET微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!當UGS較小時，雖然在P型襯底表面形成一層耗盡層，但負離子不能導電。當UGS=UT時,在P型襯底表面形成一層電子層，形成N型導電溝道，在UDS的作用下形成ID。

UT：開啟電壓、閥值電壓。UDSID++++++++UGS反型層當UGS=0V時，漏源之間相當兩個背靠背的PN結，無論UDS之間加上電壓不會在D、S間形成電流ID,即ID≈0.當UGS>UT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電溝道，當在UGSUT時才形成溝道,這種類型的管子稱為增強型MOS管微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!N溝道增強型MOS場效應管特性曲線UDS一定時，UGS對漏極電流ID的控制關系曲線ID=f(UGS)UDS=C轉移特性曲線UGD>UTUGS(V)ID(mA)UTID與UGS的關系為ID≈K(UGS-UT)2溝道較短時，應考慮UDS對溝道長度的調節(jié)作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—導電因子（mA/V2)—溝道調制長度系數(shù)前提：UDS為0或較小，使得UGD＞UT，相當于晶體管導通微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!當UDS增加到使UGD=UT時，當UDS增加到UGDUT時，這相當于UDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的情況，稱為預夾斷。此時的漏極電流ID

基本飽和，為飽和區(qū)。預夾斷區(qū)域加長，伸向S極。ID基本趨于不變。當UDS增加到一定程度，ID可能隨UDS迅速增加，直至pn結擊穿，為擊穿區(qū),此時UDS為泄漏擊穿電壓

。2.飽和區(qū)（恒流區(qū)）：3.擊穿區(qū)：微電子學概論》ch2MOS場效應晶體管共39頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!N溝道耗盡型MOS場效應管工作原理當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UGS＞0時，將使ID進一