微電子器件(5-1)

1、第5章 絕緣柵場效應(yīng)晶體管,場效應(yīng)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(dǎo)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(diǎn), 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(yīng)，開關(guān)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(jié)型柵場效應(yīng)晶體管（ J FET ）,肖特基勢壘柵場效應(yīng)晶體管（ MESFET ）,絕緣柵場效應(yīng)晶體管（ IGFET 或 MOSFET ),場效應(yīng)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(dǎo)體作為導(dǎo)電溝道，在半導(dǎo)體的一側(cè)或兩側(cè)制作 PN 結(jié)，并加上反向電壓。利用 PN 結(jié)勢壘區(qū)寬度隨反向電壓的變化而變化的特點(diǎn)來控制導(dǎo)電溝道的截面積，從而控制溝道的導(dǎo)電能力。兩種 FET 的不同之處僅在于，JFET 是利用 PN 結(jié)作為控制柵，而 MESFET 則是利用金- 半結(jié)（肖特基勢壘結(jié)）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(dǎo)體的表面狀態(tài)，從而控制溝道的導(dǎo)電能力。,根據(jù)溝道導(dǎo)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(jié)構(gòu),源、漏,MESFET 的基本結(jié)構(gòu),MOSFET 的基本

3、結(jié)構(gòu),絕緣柵場效應(yīng)晶體管 按其早期器件的縱向結(jié)構(gòu)又被稱為 “金屬 -氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管”，簡稱為 MOSFET ， 但現(xiàn)在這種器件的柵電極實(shí)際不一定是金屬，絕緣柵也不一定是氧化物，但仍被習(xí)慣地稱為 MOSFET 。,5.1 MOSFET 基礎(chǔ),5.1.1 MOSFET 的結(jié)構(gòu),P 型襯底,以 N 溝道 MOSFET 為例，,5.1.2 MOSFET 的工作原理,當(dāng) VGS VT 時，柵下的 P 型硅表面發(fā)生 強(qiáng)反型 ，形成連通源、漏區(qū)的 N 型 溝道 ，在 VDS 作用下產(chǎn)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(dǎo)電性，從而控制漏極電流 ID ，是一種電壓控制型器件。,轉(zhuǎn)移特性曲線：VDS 恒定時的 VGS ID 曲線。MOSFET 的轉(zhuǎn)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(dāng),VT 0 時，稱為增強(qiáng)型 ，為常關(guān)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(dāng) VDS 很小時，溝道就象一個阻值與 VDS 無關(guān)的 固定電阻，這時 ID 與 VDS 成線性關(guān)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(dāng) 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(dāng) VDS VD sat 后，溝道夾斷點(diǎn)左移，漏附近只剩下耗盡區(qū)。這時 ID 幾乎與 VDS 無關(guān)而保持常數(shù) ID sat ，曲線為水平直線，如圖中的 BC 段所示。 實(shí)際上 ID 隨 VDS 的增大而略有增大，曲線略向上翹。, 擊穿區(qū) 當(dāng) VDS 繼續(xù)增大到 BVDS 時，漏結(jié)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(diǎn)用虛線連接起來，虛線左側(cè)為非飽