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MOS管知識(shí)-細(xì)說MOS管晶體管增強(qiáng)型知識(shí)圖解
  • 發(fā)布時(shí)間:2020-08-31 16:58:16
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MOS管知識(shí)-細(xì)說MOS管晶體管增強(qiáng)型知識(shí)圖解
根據(jù)導(dǎo)電方式的不同,MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型。所謂增強(qiáng)型是指:當(dāng)VGS=0時(shí)管子是呈截止?fàn)顟B(tài),加上正確的VGS后,多數(shù)載流子被吸引到柵極,從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子,形成導(dǎo)電溝道。
N溝道增強(qiáng)型MOSFET基本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層,然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū),從N型區(qū)引出電極,一個(gè)是漏極D,一個(gè)是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。
當(dāng)VGS=0 V時(shí),漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管,在D、S之間加上電壓不會(huì)在D、S間形成電流。
當(dāng)柵極加有電壓時(shí),若0<VGS<VGS(th)時(shí),通過柵極和襯底間形成的電容電場(chǎng)作用,將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的多子空穴向下方排斥,出現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層;同時(shí)將吸引其中的少子向表層運(yùn)動(dòng),但數(shù)量有限,不足以形成導(dǎo)電溝道,將漏極和源極溝通,所以仍然不足以形成漏極電流ID。
進(jìn)一步增加VGS,當(dāng)VGS>VGS(th)時(shí)( VGS(th)稱為開啟電壓),由于此時(shí)的柵極電壓已經(jīng)比較強(qiáng),在靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體表層中聚集較多的電子,可以形成溝道,將漏極和源極溝通。如果此時(shí)加有漏源電壓,就可以形成漏極電流ID。在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子,因與P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反,故稱為反型層。隨著VGS的繼續(xù)增加,ID將不斷增加。在VGS=0V時(shí)ID=0,只有當(dāng)VGS>VGS(th)后才會(huì)出現(xiàn)漏極電流,所以,這種MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。
VGS對(duì)漏極電流的控制關(guān)系可用iD=f(VGS(th))|VDS=const這一曲線描述,稱為轉(zhuǎn)移特性曲線,見圖1.。
轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 gm的量綱為mA/V,所以gm也稱為跨導(dǎo)。跨導(dǎo)。
MOS晶體管,MOS管
圖2—54(a)為N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖,其電路符號(hào)如圖2—54(b)所示。它是用一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底,利用擴(kuò)散工藝在襯底上擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜濃度的N型區(qū)(用N+表示),并在此N型區(qū)上引出兩個(gè)歐姆接觸電極,分別稱為源極(用S表示)和漏極(用D表示)。在源區(qū)、漏區(qū)之間的襯底表面覆蓋一層二氧化硅(SiO2)絕緣層,在此絕緣層上沉積出金屬鋁層并引出電極作為柵極(用G表示)。從襯底引出一個(gè)歐姆接觸電極稱為襯底電極(用B表示)。由于柵極與其它電極之間是相互絕緣的,所以稱它為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。圖2—54(a)中的L為溝道長(zhǎng)度,W為溝道寬度。
MOS晶體管,MOS管
圖2—54所示的MOSFET,當(dāng)柵極G和源極S之間不加任何電壓,即UGS=0時(shí),由于漏極和源極兩個(gè)N+型區(qū)之間隔有P型襯底,相當(dāng)于兩個(gè)背靠背連接的PN結(jié),它們之間的電阻高達(dá)1012W的數(shù)量級(jí),也就是說D、S之間不具備導(dǎo)電的溝道,所以無論漏、源極之間加何種極性的電壓,都不會(huì)產(chǎn)生漏極電流ID。
當(dāng)將襯底B與源極S短接,在柵極G和源極S之間加正電壓,即UGS﹥0時(shí),如圖2—55(a)所示,則在柵極與襯底之間產(chǎn)生一個(gè)由柵極指向襯底的電場(chǎng)。在這個(gè)電場(chǎng)的作用下,P襯底表面附近的空穴受到排斥將向下方運(yùn)動(dòng),電子受電場(chǎng)的吸引向襯底表面運(yùn)動(dòng),與襯底表面的空穴復(fù)合,形成了一層耗盡層。如果進(jìn)一步提高UGS電壓,使UGS達(dá)到某一電壓UT時(shí),P襯底表面層中空穴全部被排斥和耗盡,而自由電子大量地被吸引到表面層,由量變到質(zhì)變,使表面層變成了自由電子為多子的N型層,稱為“反型層”,如圖2—55(b)所示。反型層將漏極D和源極S兩個(gè)N+型區(qū)相連通,構(gòu)成了漏、源極之間的N型導(dǎo)電溝道。把開始形成導(dǎo)電溝道所需的UGS值稱為閾值電壓或開啟電壓,用UT表示。顯然,只有UGS﹥UT時(shí)才有溝道,而且UGS越大,溝道越厚,溝道的導(dǎo)通電阻越小,導(dǎo)電能力越強(qiáng)。這就是為什么把它稱為增強(qiáng)型的緣故。
在UGS﹥UT的條件下,如果在漏極D和源極S之間加上正電壓UDS,導(dǎo)電溝道就會(huì)有電流流通。漏極電流由漏區(qū)流向源區(qū),因?yàn)闇系烙幸欢ǖ碾娮瑁匝刂鴾系喇a(chǎn)生電壓降,使溝道各點(diǎn)的電位沿溝道由漏區(qū)到源區(qū)逐漸減小,靠近漏區(qū)一端的電壓UGD最小,其值為UGD=UGS-UDS,相應(yīng)的溝道最薄;靠近源區(qū)一端的電壓最大,等于UGS,相應(yīng)的溝道最厚。這樣就使得溝道厚度不再是均勻的,整個(gè)溝道呈傾斜狀。隨著UDS的增大,靠近漏區(qū)一端的溝道越來越薄。
MOS晶體管,MOS管
當(dāng)UDS增大到某一臨界值,使UGD≤UT時(shí),漏端的溝道消失,只剩下耗盡層,把這種情況稱為溝道“預(yù)夾斷”,如圖2—56(a)所示。繼續(xù)增大UDS(即UDS>UGS-UT),夾斷點(diǎn)向源極方向移動(dòng),如圖2—56(b)所示。盡管夾斷點(diǎn)在移動(dòng),但溝道區(qū)(源極S到夾斷點(diǎn))的電壓降保持不變,仍等于UGS-UT。因此,UDS多余部分電壓[UDS-(UGS-UT)]全部降到夾斷區(qū)上,在夾斷區(qū)內(nèi)形成較強(qiáng)的電場(chǎng)。這時(shí)電子沿溝道從源極流向夾斷區(qū),當(dāng)電子到達(dá)夾斷區(qū)邊緣時(shí),受夾斷區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)的作用,會(huì)很快的漂移到漏極。
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