微電子器件(5-1)

1、第5章 絕緣柵場效應晶體管,場效應晶體管（Field Effect Transistor，F(xiàn)ET）是另一類重要的微電子器件。這是一種電壓控制型多子導電器件，又稱為單極型晶體管。這種器件與雙極型晶體管相比，有以下優(yōu)點, 輸入阻抗高； 溫度穩(wěn)定性好； 噪聲?。?大電流特性好； 無少子存儲效應，開關速度高； 制造工藝簡單； 各管之間存在天然隔離，適宜于制作 VLSI 。,結型柵場效應晶體管（ J FET ）,肖特基勢壘柵場效應晶體管（ MESFET ）,絕緣柵場效應晶體管（ IGFET 或 MOSFET ),場效應晶體管（FET）的分類,JFET 和 MESFET 的工作原理相同。以 JFET 為例

2、，用一個低摻雜的半導體作為導電溝道，在半導體的一側或兩側制作 PN 結，并加上反向電壓。利用 PN 結勢壘區(qū)寬度隨反向電壓的變化而變化的特點來控制導電溝道的截面積，從而控制溝道的導電能力。兩種 FET 的不同之處僅在于，JFET 是利用 PN 結作為控制柵，而 MESFET 則是利用金- 半結（肖特基勢壘結）來作為控制柵。,MOSFET( IGFET) 的工作原理略有不同，利用電場能來控制半導體的表面狀態(tài)，從而控制溝道的導電能力。,根據(jù)溝道導電類型的不同，每類 FET 又可分為 N 溝道器件 和 P 溝道器件。,J - FET 的基本結構,源、漏,MESFET 的基本結構,MOSFET 的基本

3、結構,絕緣柵場效應晶體管 按其早期器件的縱向結構又被稱為 “金屬 -氧化物-半導體場效應晶體管”，簡稱為 MOSFET ， 但現(xiàn)在這種器件的柵電極實際不一定是金屬，絕緣柵也不一定是氧化物，但仍被習慣地稱為 MOSFET 。,5.1 MOSFET 基礎,5.1.1 MOSFET 的結構,P 型襯底,以 N 溝道 MOSFET 為例，,5.1.2 MOSFET 的工作原理,當 VGS VT 時，柵下的 P 型硅表面發(fā)生 強反型 ，形成連通源、漏區(qū)的 N 型 溝道 ，在 VDS 作用下產生漏極電流 ID 。對于恒定的 VDS ，VGS 越大 ，溝道中的電子就越多 ，溝道電阻就越小，ID 就越大。,所

4、以 MOSFET 是通過改變 VGS 來控制溝道的導電性，從而控制漏極電流 ID ，是一種電壓控制型器件。,轉移特性曲線：VDS 恒定時的 VGS ID 曲線。MOSFET 的轉移特性反映了柵源電壓 VGS 對漏極電流 ID 的控制能力。,N 溝道 MOSFET 當,VT 0 時，稱為增強型 ，為常關型。,VT 0 時，稱為耗盡型 ，為常開型。,ID,VGS,VT,0,ID,VGS,VT,0,P 溝道 MOSFET 的特性與 N 溝道 MOSFET 相對稱，即： (1) 襯底為 N 型，源漏區(qū)為 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的極性以及 ID 的方向均與 N 溝相反。 (3) 溝道中的

5、可動載流子為空穴。 (4) VT 0 時稱為耗盡型（常開型）。,5.1.3 MOSFET 的類型, 線性區(qū) 當 VDS 很小時，溝道就象一個阻值與 VDS 無關的 固定電阻，這時 ID 與 VDS 成線性關系，如圖中的 OA 段所示。,輸出特性曲線：VGS VT 且恒定時的 VDS ID 曲線?？煞譃橐韵?4 段,5.1.4 MOSFET 的輸出特性, 過渡區(qū) 隨著 VDS 增大，漏附近的溝道變薄，溝道電阻增大，曲線逐漸下彎。當 VDS 增大到 VDsat ( 飽和漏源電壓 ) 時，漏端處的可動電子消失，這稱為溝道被 夾斷，如圖中的 AB 段所示。 線性區(qū)與過渡區(qū)統(tǒng)稱為非飽和區(qū)，有時也統(tǒng)稱為線性區(qū)。, 飽和區(qū) 當 VDS VD sat 后，溝道夾斷點左移，漏附近只剩下耗盡區(qū)。這時 ID 幾乎與 VDS 無關而保持常數(shù) ID sat ，曲線為水平直線，如圖中的 BC 段所示。 實際上 ID 隨 VDS 的增大而略有增大，曲線略向上翹。, 擊穿區(qū) 當 VDS 繼續(xù)增大到 BVDS 時，漏結發(fā)生雪崩擊穿，或者漏源間發(fā)生穿通，ID 急劇增大，如圖中的 CD 段所示。,將各曲線的夾斷點用虛線連接起來，虛線左側為非飽