绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性

1、绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性场效应管(MOSFET是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。 它的输入电阻可高达10笛W而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。场效应管也称为 MOSt,按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。在本文只简单介绍后 一种场效应晶体管。绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。每种又有增强型和耗尽型两类。下面简单介绍它们的工作原理。1、增强型绝缘栅场效应管2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两

2、个电极，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏源极间的绝缘层上再装一个铝电极，称为栅极G另外在衬底上也引出一个电极B,这就构成了一个N沟道增强型MOSf。它的栅极与其他电极间是绝缘的。图638(b)所示是它的符号。其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。N旳道增强型场效应管紡拘示胃图低州沟道壇强型场效应管符号图6-38 N沟道增强型场效应管场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。从图6-39(a) 可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。 当栅源电压

3、UGS=0寸，即使加上漏源电压UDS而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于 反偏状态，漏源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID0。若在栅源极间加上正向电压，即UGS0，则栅极和衬底之间的Si02绝缘层中便产生一个垂 直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时， 漏 源极之间仍无导电沟道出现，如图639(b)所示。UGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当UGS达到某一数值时，这些电子在栅极

4、附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层如图6-39(c)所示。UGS越大，作用于半导体表面的电场就越强吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。我们把开始形成沟道时的栅 称为开启电压，用UT表示。源极电压%II IF0 UPUGS的情况下均能实现对ID的控制，而且仍能保持栅源极间有很大的绝缘电阻，使栅极电流下均能实现对 ID的控制，而且仍能保持栅源极间有很大的绝缘电阻，使栅极电流为零。这是耗尽型场效应管的一个重要特点。耗尽层 N型沟道（初始沟道）nJD N徇道耗尽型场效应管结梅示富圈（h）尽型

5、场效应菅符号图6-42 N沟道耗尽型场效应管6-43是N沟道耗尽型场效应管的图6-42(b)是N沟道耗尽型场效应管的代表符号。图输出特性曲线，图644是N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线。实验表明，耗尽型场效应管的转移特性可近似用表示图6-44 N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线以上介绍了 N沟道绝缘栅场效应增强型和耗尽型管， 实际上P沟道也有增强型和耗尽型,其符号如图645所示。 衬底Qjo6) P沟道增强型场效应管符号(b) P沟道耗尽型场效应管符号图6-45 P沟道绝缘栅场效应晶体管跨导gm是当AUDS的比它的单位是绝缘栅场效应管还有一个表示放大能力的参数， 即跨导，用符号gm表示。 漏一源电压UDS为常数时，漏极