MOS场效应晶体管的基本特性

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1、第7章MOS场效应晶体管的基本特性7.1MOSFET的结构和分类7.2MOSFET的特性曲线7.3MOSFET的阈值电压7.4MOSFET的伏安特性7.5MOSFET的频率特性7.6MOSFET的开关特性7.7阈值电压的控制和调整●——本章重点MOSFET的结构、种类和特点MOSFET的直流特性和阈值电压调整MOSFET的交流响应双极型晶体管和场效应晶体管的区别双极型晶体管：由一个P-N结注入非平衡少数载流子，并由另一个P-N结收集而工作的。在这类晶体管中，参加导电的不仅有少数载流子，也有多数载流子，故称为双极

2、型晶体管。场效应晶体管（FET）：利用改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导电能力而工作的。在场效应晶体管中，工作电流是由半导体中的多数载流子所输运的，因此也称为单极型晶体管。场效应晶体管的分类第一类：表面场效应管，通常采取绝缘栅的形式，称为绝缘栅场效应管（IGFET）。若用二氧化硅作为半导体衬底与金属栅之间的绝缘层，即构成“金属－氧化物－半导体”（MOS）场效应晶体管，它是绝缘栅场效应管中最重要的一种；第二类：结型场效应管（JFET），它就是用P-N结势垒电场来控制导电能力的一种体内场效应晶体管；第三类：薄膜场

3、效应晶体管（TFT），它的结构与原理和绝缘栅场效应晶体管相似，其差别是所用的材料及工艺不同，TFT采用真空蒸发工艺先后将半导体-绝缘体-金属蒸发在绝缘衬底上而构成。MOSFET相比双极型晶体管的优点（1）输入阻抗高：双极型晶体管输入阻抗约为几千欧，而场效应晶体管的输入阻抗可以达到109～1015欧；（2）噪声系数小：因为MOSFET是依靠多数载流子输运电流的，所以不存在双极型晶体管中的散粒噪声和配分噪声；（3）功耗小：可用于制造高集成密度的半导体集成电路；（4）温度稳定性好：因为它是多子器件，其电学参数不易随温度而变

4、化。（5）抗辐射能力强：双极型晶体管受辐射后β下降，这是由于非平衡少子寿命降低，而场效应晶体管的特性与载流子寿命关系不大，因此抗辐射性能较好。MOSFET相比双极型晶体管的缺点工艺洁净要求较高；场效应管的速度比双极型晶体管的速度来得低。7.1MOSFET的结构和分类漏－源区，栅氧化层，金属栅电极等组成用N型半导体材料做衬底用P型半导体材料做衬底由N型衬底制成的管子，其漏－源区是P型的，称为P沟MOS场效应管；由P型材料制成的管子，其漏－源区是N型的，称为N沟MOS场效应管。P沟MOS管的工作原理在工作时，源与漏之间接

5、电源电压。通常源极接地，漏极接负电源。在栅极和源之间加一个负电压，它将使MOS结构中半导体表面形成负电的表面势，从而使由于硅－二氧化硅界面正电荷引起的半导体能带下弯的程度减小。当栅极负电压加到一定大小时，表面能带会变成向上弯曲，半导体表面耗尽并逐步变成反型。当栅极电压达到VT时，半导体表面发生强反型，这时P型沟道就形成了。空穴能在漏－源电压VDS的作用下，在沟道中输运。VT称为场效应管的开启电压。显然，P沟MOS管的VT是负值。由前面的讨论可知，形成沟道的条件为表面强反型即沟道形成时，在表面处空穴的浓度与体内电子的浓

6、度相等。开启电压是表征MOS场效应管性能的一个重要参数，以后内容中还将做详细介绍。另外，还可以指出，当栅极电压变化时，沟道的导电能力会发生变化，从而引起通过漏和源之间电流的变化，在负载电阻RL上产生电压变化，这样就可以实现电压放大作用。MOSFET的四种类型P沟耗尽型：栅压为零时，沟道已存在，加上一个正的栅压可以使P型沟道消失。P沟增强型：栅压为零时，沟道不存在，加上一个负的栅压才能形成P型沟道。N沟增强型：栅压为零时，沟道不存在，加上一个正的栅压才能形成N型沟道。N沟耗尽型：栅压为零时，沟道已存在，加上一个负的栅压

7、才能使N型沟道消失。如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟MOS管，（N沟MOS管制作在P阱内），这就构成CMOS。MOSFET的特征1．双边对称在电学性质上源和漏是可以相互交换的。与双极型晶体管相比，显然有很大不同，对于双极型晶体管，如果交换发射极与集电极，晶体管的增益将明显下降。2．单极性在MOS晶体管中参与导电的只是一种类型的载流子，这与双极型晶体管相比也显著不同。在双极型晶体管中，显然一种类型的载流子在导电中起着主要作用，但与此同时，另一种载流子在导电中也起着重要作用。3．高输入阻抗由于栅氧化层的影响

8、，在栅和其他端点之间不存在直流通道，因此输入阻抗非常高，而且主要是电容性的。通常，MOSFET的直流输入阻抗可以大于1014欧。4．电压控制MOSFET是一种电压控制器件。而且是一种输入功率非常低的器件。一个MOS晶体管可以驱动许多与它相似的MOS晶体管；也就是说，它有较高的扇出能力。5．自隔离由MOS晶体管构成的集成电路可以达到很高的集成密度