《MOS晶体管》PPT课件

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1、张正元集成电路及微机械加工技术-----半导体集成电路器件基础(MOS部分）一、结型场效应管特性二、MOS晶体管特性三、薄膜电阻特性目　录集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院结型场效应晶体管特性结型场效应晶体管的结构JFET的结构是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。一个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院结型场效应晶体管特性结型场效应晶体管的工作原理根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对

2、于N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。现以N沟道为例说明其工作原理集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院结型场效应晶体管特性栅源电压对沟道的控制作用当VGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏、源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当VGS＜0时，PN结反偏，形成耗尽层，漏、源间的沟道将变窄，ID将减小，VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(off)集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程

3、学院结型场效应晶体管特性集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院结型场效应晶体管特性漏源电压对沟道的控制作用在栅极加上电压，且VGS＞VGS(off)，若漏源电压VDS从零开始增加，则VGD=VGS-VDS将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VGS(off)时，在紧靠漏极处出现预夹断，当VDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院结型场效应晶体管特性漏源电压对沟道的控制作用集成电路及微机械加工技术重庆大

4、学光电工程学院结型场效应晶体管特性结型场效应晶体管输出特性曲线(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院结型场效应晶体管特性集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性栅源电压VGS的控制作用当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作

5、用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能以形成漏极电流ID集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性栅源电压VGS的控制作用进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th)称为开启电压)，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中

6、的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响可以有如下关系VDS=VDG＋VGS=－VGD＋VGSVGD=VGS－VDS集成电路及微机械加工技术重庆大学光电

7、工程学院MOS场效应晶体管特性漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用当VDS增加到VGS-VT时。这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断Vsat当VDS进一步增加时，此时预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变，进入饱和区集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性MOS场效应管漏极输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const集成电路及微机械加工技术重庆大学光电工程学院MOS场效应晶体管特性MOS场效应管的伏安特性表示式线

8、性区:ID≈(ZμnCi/L)[(VGS–VT)VDS]饱和区为:IDsat≈(ZμnCi/2L)(VGS–VT)2≈(ZμnCi/2L)(VGS–VT)2(1+λVDS)λ是沟道长度调制系数[V-1]一般的非饱和区:ID=(ZμnCi/L)[(VGS–VT)VDS–VDS2/2]ZμnCi/L称为增益