MOS场效应晶体管的结构 工作原理 ppt课件

1、 场效应晶体管有二种构造方式： 1.绝缘栅型场效应晶体管 又分加强型和耗尽型二类 2.结型场效应晶体管-只需耗尽型 场效应晶体管在集成电路中被广泛运用，绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)分为加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需NPN和PNP两类，场效应晶体管的种类要多一些。但是它们的任务原理根本一样，所以下面以加强型N沟道场效应晶体管为例来加以阐明。4.1 MOS场效应晶体管的构造、任务原理 N沟道加强型MOSFET 的构造表示图和符号见图 4.1。其中： D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。

2、图4.1 N沟道加强型 MOSFET构造表示图动画 绝缘栅型场效应三极管绝缘栅型场效应三极管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为。分为 加强型加强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1 N沟道加强型MOSFET的构造P型衬底BSiO2N+N+SDG 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。 分散两个高掺杂的N型区。从而构成两个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

3、加强型MOSFET的符号如左图所示。左面的一个衬底在内部与源极相连，右面的一个没有衔接，运用时需求在外部衔接。DGSBDGSB动画动画2-3 2 N沟道加强型MOSFET的任务原理 对N沟道加强型MOS场效应三极管的任务原理，分两个方面进展讨论，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。 1栅源电压UGS的控制造用SDGPN+N+SiO型衬底DSUGSU2=0空穴正离子电子负离子+ 先令漏源电压UDS=0，参与栅源电压UGS以后并不断添加。 UGS带给栅极正电荷，会将正对SiO2层的外表下的衬底中的空穴推走，从而构成一层负

4、离子层，即耗尽层，用绿色的区域表示。 同时会在栅极下的表层感生一定的电子电荷，假设电子数量较多，从而在漏源之间可构成导电沟道。 沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反，称为反型层。此时假设加上UDS ，就会有漏极电流ID产生。反型层 显然改动UGS就会改动沟道，从而影响ID ，这阐明UGS对ID的控制造用。0DSU 当UGS较小时，不能构成有效的沟道，虽然加有UDS ，也不能构成ID 。当添加UGS，使ID刚刚出现时，对应的UGS称为开启电压，用UGS(th)或UT表示。动画动画2-4 2漏源电压UDS的控制造用 设UGSUGS(th)，添加UDS，此时沟道的变化如下。SDGPN+N+SiO

5、2型衬底DSU+GSUGS(th)U空穴正离子电子负离子 显然漏源电压会对沟道产生影响，由于源极和衬底相衔接，所以参与UDS后， UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。所以参与UDS后，在漏源之间会构成一个倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。 当UDS进一步添加时， ID会不断添加,同时，漏端的耗尽层上移，会在漏端出现夹断，这种形状称为预夹断。预夹断 当UDS进一步添加时， 漏端的耗尽层向源极伸展，此时ID根本不再添加，添加的UDS根本上降落在夹断区。DI动画动画2-5 3 N沟道加强型MOSFET的特性曲线 N沟道加强型MOSFET的转移特性曲线有两条

6、，转移特性曲线和漏极输出特性曲线。1)转移特性曲线OGSU4321/VDImA/4321Uth(on)10VDSU N沟道加强型MOSFET的转移特性曲线如左图所示，它是阐明栅源电压UGS对漏极电流ID的控制关系，可用这个关系式来表达，这条特性曲线称为转移特性曲线。 转移特性曲线的斜率gm反映了栅源电压对漏极电流的控制造用。 gm称为跨导。这是场效应三极管的一个重要参数。constGSDmDSUUIg单位mSmA/V 2)漏极输出特性曲线 当UGSUGS(th)，且固定为某一值时，反映UDS对ID的影响，即ID=f(UDS)UGS=const这一关系曲线称为漏极输出特性曲线。 场效应三极管作为

7、放大元件运用时，是任务在漏极输出特性曲线程度段的恒流区，从曲线上可以看出UDS对ID的影响很小。但是改动UGS可以明显改动漏极电流ID，这就意味着输入电压对输出电流的控制造用。OV2GSUV3V5 . 3V4DImA/15105DSU/V恒流区.曲线分五个区域：1可变电阻区2恒流区放大区3截止区4击穿区5过损耗区可变电阻区截止区击穿区过损耗区 OV2GSUV3V5 . 3V4DImA/15105DSU/V恒流区.从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线，过程如下：OGSU4321/VDImA/4321UGS(th)10VDSU 4 N沟道耗尽型MOSFETSDGPN+N+SiO2型衬底DGSBB

8、+04321654321/mA/VDGSIUIDSSUGS(off) N沟道耗尽型MOSFET的构造和符号如以下图所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。所以当UGS=0时，这些正离子曾经感生出电子构成导电沟道。于是，只需有漏源电压，就有漏极电流存在。 当UGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。当UGS0时，将使ID进一步添加。UGS0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如右上图所示。夹断电压IDSS P沟道加强型MOSFET的构造和任务原理 P沟道MOSFET的任务原理与N沟道MOSFET完全一样，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。 关于场效应管符号的阐明：DG