王琳数字逻辑与数字系统半导体的导电机理

1、 si si si si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 si si si sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 pn 结结 +动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区pn 结变窄结变窄 p接正、接正、n接负接负 外电场外电场if内电场内电场pn+动画动画+动画动画+ 内电场被加内电场被加强，少子

2、的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。ir动画动画+nnpbecbecibieicbecibieicbecnnpebrbecieibeiceicboib=020 a40 a60 a80 a100 a常常数数 b)(ceciufi36ic(ma )1234uce(v)912o放大区放大区o漏极漏极d金属电极金属电极栅极栅极g源极源极ssio2绝缘层绝缘层p p型硅衬底型硅衬底 高掺杂高掺杂n区区gsd 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达电阻很高，最高可达1014

3、。漏极漏极d金属电极金属电极栅极栅极g源极源极ssio2绝缘层绝缘层p p型硅衬底型硅衬底 高掺杂高掺杂n区区 由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属二氧化硅，故又称金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管，半导体场效应管，简称简称mos场效应管。场效应管。egp型硅衬底型硅衬底n+n+gsd+ugsed+ 由结构图可见由结构图可见，n+型漏区和型漏区和n+型源区之间被型源区之间被p型型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的pn结结。 当栅源电压当栅源电压ugs = 0 时时，不管漏极和源极之

4、间所不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其加电压的极性如何，其中总有一个中总有一个pn结是反向结是反向偏置的，反向电阻很高，偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零漏极电流近似为零。sdegp型硅衬底型硅衬底n+n+gsd+ugsed+ 当当ugs 0 时，时，p p型衬底中的电子受到电场力的吸型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；n型导电沟道型导电沟道egp型硅衬底型硅衬底n+n+gsd+ugsed+n型导电沟道型导电沟道当当ugs ugs(th(th）后，场后，场效应管才形成导电沟道，效应管才形成导电沟道，开始导通，开始

5、导通，若漏若漏源之间源之间加上一定的电压加上一定的电压uds，则，则有漏极电流有漏极电流id产生。在产生。在一定的一定的uds下下漏极电流漏极电流id的大小与栅源电压的大小与栅源电压ugs有有关。所以，场效应管是关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器一种电压控制电流的器件。件。 在一定的漏在一定的漏源电压源电压uds下，使管子由不导通变下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压为导通的临界栅源电压称为开启电压ugs(thth）。有导电沟道有导电沟道无导电无导电沟道沟道udsugs/id/mauds/vo ougs= 1vugs= 2vugs= 3vugs= 4vn型衬底型衬底p+p+gsd符号：符号：结构结构sio2绝