2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：N溝道和P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

N溝道和P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管

根據(jù)導(dǎo)電溝道的起因和溝道載流子的類別可分成4種;N溝道和P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管加上漏-源偏壓后，輸運(yùn)電流的電子從源端流向漏端。導(dǎo)電載流子是N型導(dǎo)電溝道中的電子;漏-源偏壓為正，相當(dāng)于NPN晶體管的集電極偏壓；制作在P型襯底上，漏-源區(qū)為重?fù)诫sN+區(qū)；N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管溝道夾斷——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，只剩下耗盡區(qū)，這就是：溝道夾斷。使漏端溝道夾斷所需加的漏-源電壓UDS稱為飽和漏-源電壓(UDsat)，對(duì)應(yīng)的電流I稱為飽和漏-源電流(IDsat)。溝道夾斷條件

UDS=UGS

UT

UDS+UT=UGS

4.2決定閾值電壓的因素

4.2.1閾值電壓的定義

①閾值電壓——在漏-源之間半導(dǎo)體表面處感應(yīng)出導(dǎo)電溝道所需加在柵電極上的電壓UGS

。②表示MOS管是否導(dǎo)通的臨界柵-源電壓。③工作在飽和區(qū)時(shí)，將柵壓與溝道電流關(guān)系曲線外推到零時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵電壓；④使半導(dǎo)體表面勢(shì)US=2,

為襯底半導(dǎo)體材料的費(fèi)米勢(shì)，US的大小相當(dāng)于為使表面強(qiáng)反型所需加的柵電壓。外推UDS≠0（4）飽和區(qū)特性——曲線AB段繼續(xù)增加UDS比UDsat大得多時(shí),(UDS

UDsat)將降落在漏端附近的夾斷區(qū)上,夾斷區(qū)將隨UDS的增大而展寬,夾斷點(diǎn)將隨UDS的增大而逐漸向源端移動(dòng),導(dǎo)電溝道的有效厚度基本不再改變，柵下面表面被分成反型導(dǎo)電溝道區(qū)和夾斷區(qū)兩部分。溝道中的載流子不斷地由源端向漏端漂移，當(dāng)?shù)竭_(dá)夾斷點(diǎn)時(shí)，立即被夾斷區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)掃入漏區(qū)，形成漏極電流。漏源電流基本上不隨UDS的增大而上升。

（5）擊穿特性——曲線BC段當(dāng)UDS達(dá)到或超過漏端PN結(jié)反向擊穿電壓時(shí)，漏端PN結(jié)發(fā)生反向擊穿；轉(zhuǎn)移特性(輸入電壓-輸出電流)當(dāng)UGS

UT時(shí)，隨著UGS的增加，溝道中導(dǎo)電載流子數(shù)量增多，溝道電阻減小，在一定的UDS的作用下，漏極電流上升。UGS

UT后，進(jìn)入亞閾值區(qū)工作，漏極電流很小。MOS晶體管的轉(zhuǎn)移特性：漏源極電流IDS隨柵源電壓UGS變化的曲線，反映控制作用的強(qiáng)弱平方律關(guān)系管子工作于放大區(qū)時(shí)函數(shù)表達(dá)式UTN，開啟電壓截止，夾斷區(qū)柵極施加負(fù)壓時(shí)，表面出現(xiàn)強(qiáng)反型而形成P型導(dǎo)電溝道;傳輸電流的導(dǎo)電載流子是空穴;在漏-源電壓作用下，空穴經(jīng)過P型溝道從源端流向漏端;制作在N型襯底上，漏-源區(qū)為重?fù)诫sP+區(qū)漏-源偏壓為負(fù)，相當(dāng)于PNP晶體管的集電極偏置電壓;P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管增強(qiáng)型和耗盡型

按零柵壓時(shí)(UGS＝0),是否存在導(dǎo)電溝道來劃分；UGS

=0時(shí)，不存在導(dǎo)電溝道，漏源間被背靠背的PN結(jié)二極管隔離，即使加上漏源電壓，也不存在電流，器件處于“正常截止?fàn)顟B(tài)”；增強(qiáng)型器件

當(dāng)襯底雜質(zhì)濃度低,而SiO2層中的表面態(tài)電荷密度又較大，在零柵壓時(shí)，表面就會(huì)形成反型導(dǎo)電溝道，器件處于導(dǎo)通狀態(tài);要使溝道消失，必須施加一定的反向柵壓，稱為閾值電壓(夾斷電壓)；二者的差別：在于耗盡型管的二氧化硅絕緣層中摻有大量的堿金屬正離子(如Na++或K++)，會(huì)感應(yīng)出大量的電子。耗盡型器件電路中的電學(xué)符號(hào)——教材有誤

類型襯