金属-氧化物-半导体场效应管(MOS-FET)

《金属-氧化物-半导体场效应管(MOS-FET)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、金属-氧化物-半导体场效应管Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor1.基本知识概述2.分类、命名、标识、结构3.基本特性4.应用5.制程及工艺6.常见失效模式及案例分析7.Derating标准及其测试方法1.1MOSFET的基本知识1.1.1概述场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单,存在零温度系数工作点等优点，因而大大地扩展了它的应用范围，特别是

2、在大规模和超大规模集成电路由于面积仅为双极型三极管的5％，因此得到了广泛的应用。然而由于场效应管输入阻抗很高，栅极的感应电荷不易泻放，且二氧化硅绝缘层很薄，栅极与衬底间的等效电容很小感应产生的少量电荷即可形成很高的电压，容易击穿二氧化硅绝缘层而损坏管子。存放管子时应将栅极和源极短接在一起，避免栅极悬空。进行焊接时烙铁外壳应接地良好，防止因烙铁漏电而将管子击穿。本文从场效应管的结构、特性出发，阐述其工作原理、应用、失效条件、以及Derating测试参数、测试方法。2.1.分类、命名、标识、结构2.1.1按结构分，有两类1.结型JFET(J

3、unctiontypeFieldEffectTransistor)利用半导体内的电场效应进行工作，也称为体内场效应器件。a：JFET的概念图b:JFET的符号门极的箭头指向为p指向n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。2.绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransistor)也称金属氧化物半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）根据Vgs＝0V时是否有导电沟道MOS管又分为：N沟道增强型N沟道耗尽型P沟道增强型P沟道耗尽型如图增强型MOS管

4、（N型及P型导电通道）各种结构的FET均有门极、源极、漏极3个端子，将这些与双极性晶体管的各端子对应如下表所示。根据JFET、MOSFET的通道部分的半导体是p型或是n型分别有p沟道元件，n沟道元件两种类型n沟道型JFET与MOSFET结构图比较FET双极性晶体管漏极集电极栅极基极源极发射极3.1.基本特性首先，门极-源极间电压以0V时考虑（VGS=0）。在此状态下漏极-源极间电压VDS从0V增加，漏电流ID几乎与VDS成比例增加，将此区域称为非饱和区（可变电阻区）。VDS达到某值以上漏电流ID的变化变小，几乎达到一定值。此时的ID称为

5、饱和漏电流（有时也称漏电流用IDSS表示。此区域称为饱和导通区（恒流区）。当VDS过大则进入击穿区。其次在漏极-源极间加一定的电压VDS(例如0.8V)，VGS值从0开始向负方向增加，ID的值从IDSS开始慢慢地减少，对某VGS值ID=0。将此时的VGS称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS(off)或Vp表示。n沟道JFET的情况，则VGS(off)值为负,测量实际的JFET对应ID=0的VGS因为很困难。因此实际应用中将达到ID=0.1～10μA的VGS定义为VGS(off)的情况多些。关于JFET为什么表示这样的特性，用图

6、3.1.2作以下简单的说明。3.1.1JFET的基本特性3.1.1JFET的工作原理用一句话说，就是"漏极-源极间流经沟道的ID，用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压Vgs控制ID"。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域，图3.1.2(a)表示的耗尽层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。达到饱和区域后，从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。将这种

7、状态称为夹断。这意味着耗尽层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。在耗尽层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个耗尽层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过耗尽层。如图3.1.2(b)所示的那样，即便再增加VDS，因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次，如图3.1.2(c)所示，VGS向负的方向变化，让VGS=VGS(off)，此时耗尽层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到耗尽层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近

8、源极的很短部分，这更使电流不能流通3.1.2实际的传输特性包括JFET本身的结构参数，例如沟道部分的杂质浓度和载体移动性，以致形状、尺寸等，作为很麻烦的解析结果可导出如下公式（公式的推导略去）公式一作为放大