MOS管(新)分析.ppt

1、第五章是場(chǎng)效應(yīng)晶體管的放大電路。場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)控制電流的半導(dǎo)體器件，只有一種載流子參與傳導(dǎo)。除了參與傳導(dǎo)的載流子之外，它還有以電子為載流子的N溝道器件和以空穴為載流子的P溝道器件。5.1金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，也稱為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是一種利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)，通過感應(yīng)電荷改變導(dǎo)電溝道來控制漏極電流的器件。它的柵極與半導(dǎo)體絕緣，其電阻大于109。增強(qiáng)：當(dāng)VGS=0時(shí)，漏極和源極之間沒有導(dǎo)電溝道，并且在VDS下沒有iD。耗盡模式：當(dāng)VGS=0時(shí)，在漏極和源極之間有一個(gè)導(dǎo)電溝道，在VDS的作用下。1。結(jié)構(gòu)和符號(hào)，n溝道增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)從左到右對(duì)稱，

2、即在低濃度的p型硅上形成二氧化硅薄膜絕緣層，然后通過光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的n型區(qū)，從n型區(qū)引出D和s電極，在絕緣層上鍍一層金屬鋁，引出G、D(漏極):的漏極，相當(dāng)于c、G(柵極):的柵極。相當(dāng)于硼硅(源極):的源極，相當(dāng)于硼硅(襯底):的襯底，5.1.1 N溝道增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，2。工作原理：當(dāng)VGS=0時(shí)，在漏極和源極之間有兩個(gè)背靠背的二極管，沒有導(dǎo)電通道，并且在D和S之間施加電壓，而不考慮VDS的極性，其中總是有一個(gè)反向的PN結(jié)，因此沒有導(dǎo)電通道。VGS=0，身份證=0 VGS必須大于0管工作。(1)柵源電壓VGS的控制作用，(2)0VGS VT(VT稱為開啟電壓)在二

3、氧化硅介質(zhì)中產(chǎn)生垂直于導(dǎo)體表面的電場(chǎng)，排斥p區(qū)的多個(gè)子空穴，吸引很少的子電子。然而，由于有限的電場(chǎng)強(qiáng)度，吸引到絕緣層的少數(shù)載流子電子的數(shù)量是有限的，這不足以形成連通漏極和源極的溝道，因此不可能形成漏極電流ID。0VGSVT，id=0，(c)當(dāng)VGSVT發(fā)生時(shí)，柵極電壓已經(jīng)很強(qiáng)，更多的電子聚集在柵極下面的p型半導(dǎo)體的表面層中，其連接漏極和源極以形成n溝道。如果此時(shí)出現(xiàn)VDS0，則可以形成漏極電流ID。柵極下方導(dǎo)電溝道中的電子被稱為反型層，因?yàn)樗鼈兊臉O性與P型區(qū)域中載流子和空穴的極性相反。隨著VGS的增加，逆溫層變厚，內(nèi)徑增大。當(dāng)VGS=0時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管沒有導(dǎo)電溝道，通過柵源電壓的作用形成感應(yīng)溝

4、道，稱為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。VGS0g吸引電子，VGS反型層的導(dǎo)電溝道變得更厚。(2)漏源電壓VDS對(duì)漏電流id的控制作用。(a)如果VGSVT固定在某個(gè)值，并且vgd=vgs VDS等于或小于0，則vgd=vgs VDS。這時(shí)，身份證隨著VDS而增加。(b)當(dāng)VDS增加到VGD=VT時(shí)，如圖所示，漏極附近的溝道被夾斷，這相當(dāng)于由于VDS的增加，漏極處的溝道剛剛導(dǎo)通，這稱為預(yù)夾斷。(2)漏極-源極電壓VDS對(duì)漏極電流ID的控制作用，(2)漏極-源極電壓VDS對(duì)漏極電流ID的控制作用不變，(3)當(dāng)VDS增加到VGDVT時(shí)，溝道如圖所示。此時(shí)，預(yù)夾斷區(qū)域延長(zhǎng)并延伸至s極。VDS增加的部分基本上落在

5、夾斷通道上，夾斷通道隨其延長(zhǎng)，內(nèi)徑趨于恒定。3.輸出特性曲線：(1)截止區(qū)(夾斷區(qū))以下的區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，VGS電壓標(biāo)識(shí)=0，(2)當(dāng)可變電阻區(qū)不產(chǎn)生夾斷時(shí)，VDS增加，其標(biāo)識(shí)處于飽和區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管隨著VGS -VDS電壓標(biāo)識(shí)的增加，等效于一個(gè)壓控可變電阻。伏安特性大約為：其中本征導(dǎo)電系數(shù)是反型層中的電子遷移率和柵氧化層每單位面積的電容，它靠近特性曲線的原點(diǎn)，因此可變電阻區(qū)中靠近原點(diǎn)的輸出電阻為：它是由VGS控制的可變電阻。(3)在放大區(qū)被夾斷后，在VDS增加而本征值保持不變的區(qū)域，飽和區(qū)的VDSVGS-伏直流場(chǎng)效應(yīng)晶體管相當(dāng)于一個(gè)壓控電流源。在預(yù)夾斷臨界條件下，VDS=VGS-VT，可以得到

6、飽和區(qū)的伏安特性表達(dá)式：4。傳輸特性曲線，傳輸特性曲線的斜率gm反映了柵源電壓VGS對(duì)漏極電流ID的控制效果。通用的尺寸是毫安/伏，這是所謂的跨導(dǎo)。Gm=id/vgvds，5.1.2 n溝道耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，n溝道耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示，在制造過程中，大量金屬正離子摻雜在柵極下的絕緣層中。因此，當(dāng)VGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)誘導(dǎo)反型層并在漏極和源極之間形成溝道。因此，只要有漏極-源極電壓，就有漏極電流。在具有溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，如果在柵極下的導(dǎo)電溝道被預(yù)箝位后，電壓降繼續(xù)增加，夾點(diǎn)將稍微向源極移動(dòng)。結(jié)果，夾點(diǎn)和源極之間的

7、溝道長(zhǎng)度稍微減小，使得更多的電子從源極漂移到夾點(diǎn)，這導(dǎo)致耗盡區(qū)中漂移電子的增加和iD的增加。這種效應(yīng)稱為溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，5.1.2溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，各種類型金屬氧化物半導(dǎo)體管的特性曲線，各種類型金屬氧化物半導(dǎo)體管的特性曲線，5.1.5金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)，1。開啟電壓。(增強(qiáng))，2 .夾斷電壓VP:當(dāng)VDS是一個(gè)固定值時(shí)，在一個(gè)小電流下，使ID對(duì)應(yīng)于|VGS |的值。(耗盡)，3 .飽和漏極電流IDSS:當(dāng)VGS=0和VDS |VP |時(shí)的漏極電流。(耗盡)，4 .極間電容：漏源電容CDS約為0.11pF，柵源電容CGS和柵漏電容CGD約為13pF。1.DC參數(shù)，場(chǎng)效應(yīng)晶體

8、管的主要參數(shù)，2。交流參數(shù)，1。當(dāng)不考慮通道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，輸出電阻為0，1。最大漏極電流IDM，2。最大漏極功耗PDM，3。最大漏極-源極電壓，最大柵極-源極電壓，由伏安特性估算。一個(gè)與雙極晶體管相同，第三個(gè)字母J代表結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而O代表絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第二個(gè)字母代表材料，d是p型硅，反型層是n溝道；c是n型硅p溝道。例如，3DJ6D是結(jié)型n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，3DO6C是絕緣柵型n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第二種命名方法是CS#，CS代表場(chǎng)效應(yīng)晶體管，數(shù)字代表型號(hào)的序列號(hào)，字母代表同一型號(hào)的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。幾種常用場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)見表5.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路，5.2.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路，1。DC偏差和靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算，2。圖