模拟电子技术MOS场效应管结构与工作原理-教学文稿.pptx

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1、电工电子技术主讲：韩振花项目六：常用半导体器件MOS场效应管结构与工作原理明确任务：MOS场效应管结构与工作原理知识准备：MOS场效应管的工作原理、工作特性知识深化：MOS场效应管选用归纳总结一、明确任务（一）MOS场效应管结构与工作原理晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电，被称之为双极型器件。场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件，所以称之为单极型器件。图1中MOS场效应管。图1MOS场效应管二、知识准备（一）MOS场效应管结构场效应晶体管有二种结构形式：（1）绝缘栅型场效应晶体管：又分增强型和耗尽型二类（2）结型场效应晶体管----只有耗尽

2、型场效应晶体管在集成电路中被广泛使用，绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)分为增强型和耗尽型两大类，每类中又有N沟道和P沟道之分。不象双极型晶体管只有NPN和PNP两类，场效应晶体管的种类要多一些。但是它们的工作原理基本相同，所以下面以增强型N沟道场效应晶体管为例来加以说明。二、知识准备（一）MOS场效应管结构绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号见图2。其中：D(Drain)为漏极，相当c；G(Gate)为栅极，相当b；S(Source)为源

3、极，相当e。图2N沟道增强型MOSFET结构示意图二、知识准备（一）N沟道增强型MOSFET的结构取一块P型半导体作为衬底，用B表示。用氧化工艺生成一层SiO2薄膜绝缘层。然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结。（绿色部分）从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。N沟道增强型MOSFET的符号如左图所示。左面的一个衬底在内部与源极相连，右面的一个没有连接，使用时需要在外部连接。图2N沟道增强型MOSFET结构示意图二、知识准备（二）MOS场效应管的工作原理对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原

4、理，分两个方面进行讨论，一是栅源电压UGS对沟道会产生影响，二是漏源电压UDS也会对沟道产生影响，从而对输出电流，即漏极电流ID产生影响。二、知识准备（二）MOS场效应管的工作原理当Vgs=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs(th)时（VGS(th)称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，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，所以仍然不足以形成漏极电流ID。1．栅源电压UGS的控制作用二、知识准备（

5、二）MOS场效应管的工作原理进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs(th)时，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（inversionlayer）。随着Vgs的继续增加，ID将不断增加。1．栅源电压UGS的控制作用二、知识准备（二）MOS场效应管的工作原理在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。VGS对漏极电流的控制关系可

6、用iD=f(vGS)

7、VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图3。1．栅源电压UGS的控制作用图3MOS场效应管转移特性曲线二、知识准备（二）MOS场效应管的工作原理在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。VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)

8、VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图3。1．栅源电压UGS的控制作用图3MOS场效应管转移特性曲线转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。二、知识准备（二）MOS场效应管的工作原理当Vgs＞Vgs(th)，且固定

9、为某一值时，来分析漏源电压Vds对漏极电流ID的影响。有如下关系：VDS=VDG＋VGS=—VGD＋VGSVGD=VGS—VDS当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGS(th)，沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上，漏源之间有电流通过。当VDS增加到使VGD=VGS(th)时，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，此时的漏极电流ID基本饱和。2．Vds对沟道导电能力的控制二、知识准备（二）MOS场效应管的工作原理当VDS增加到V