湖南大学微电子电路期末考试题绝缘栅型

1、2.5.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管增强型增强型(Enhancement)耗尽型耗尽型(Depletion)N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET) 输出特性 转移特性 主要参数 一、 N沟导增强型MOSFET(EMOS) 三、 各种FET的特性及使用注意事项 二、 N沟导耗尽型MOSFET(DMOS)2.5.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管N沟道增强型沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号见图：的结构示意图和符号见图： D(Drain)为漏极，相当为漏极，相当c；G(Gate)为栅极，相当为栅极，相当b；S(Source)为源极，相当为

2、源极，相当e。 N沟道增强型沟道增强型MOSFET结构示意图结构示意图 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 增强型增强型(uGS为为0时时iD为为0) N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型(uGS为为0时时iD不为不为0) N沟道、沟道、P沟道沟道 一、一、N沟道增强型沟道增强型MOSFET N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，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

3、层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。 控制原理：电容、感应电荷、漏极电流。1 1、结构、结构n在结构上以一个金属氧化物层半导体的电容为核心（现在的金氧半场效应晶体管多半以多晶硅取代金属作为其栅极材料），氧化层的材料多半是二氧化硅，其下是作为基极的硅，而其上则是作为栅极的多晶硅。这样的结构正好等于一个电容（capacitor），氧化层为电容器中介电质（dielectric material），而电容值由氧化层的厚度与二氧化硅的介电常数 （dielectric constant）来决定。栅极多晶硅与基极的硅则成为MOS电容的两个端点。 若若0 0u uGSGSuGS(th

4、)时，空时，空穴向穴向P P衬底下方排斥，出现衬底下方排斥，出现薄层负离子的薄层负离子的耗尽层耗尽层。 耗尽层中少子向表层运耗尽层中少子向表层运动，不足以形成沟道将漏源动，不足以形成沟道将漏源沟通，所以不可以形成漏极沟通，所以不可以形成漏极电流电流I ID D。2、工作原理、工作原理无导电沟道，无漏电流。uGS= uDS 0：uGS0, uDS 0：1)1)栅源电压栅源电压U UGSGS的控制作用的控制作用当uGSuGS(th)时（ uGS(th) 称为开启电压)，耗尽层加宽；N型薄层。 有漏源电压，可形成漏极电流iD。导电沟道中的电子，与P型半导体的多子空穴极性相反，故称为反型层。 随着uG

5、S的继续增加，iD将不断增加。在uGS=0V时iD=0，只有当uGSuGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。uGS uGS(th),uDS 0uGS uGS(th), uDS 0 2)漏源电压漏源电压uDS对漏极电流对漏极电流iD的控制作用的控制作用（当当uGSuGS(th)，且为且为固定固定值时，值时，uDS的不同变化对沟道的影响）的不同变化对沟道的影响）uDS=uDGuGS =uGDuGS uGD=uGSuDSuDS为为0或较小时或较小时uDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线（线性）分布。漏源电压uDS对沟道的影响uGDuGD=uGS-uDS此时uDS 漏端沟道

6、变窄uDS iD 当uDS增加到使uGD=uGS(th)时，相当于uDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。 当uDS增加到uGDuGS(th)时，预夹断区域加长，伸向S极。 uDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， iD基本趋于不变。恒流区： iD取决于uGSuGD uGS(th), uGD = uGS - uDS 转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下 gm=iD/uGS UDS=const (单位mS) uGS对漏极电流的控制关系可用 iD=f(uGS)UDS=const 这一曲

7、线描述，称为转移特性曲线。3、特性曲线及电流方程特性曲线及电流方程漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线 当uGSuGS(th)，且固定为某一值时， uDS对iD的影响，即 iD=f(uDS)UGS=constuGD uGS(th), uGD = uGS - uDS 二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET是在SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。 当uGS=0时，已经感应出反型层，形成导电沟道。有漏源电压，就有漏极电流存在。 uGS为正时：反型层宽，沟道 电阻小，电流大； uGS为负时：反型层窄，沟道 电阻大，电流小； uGS0时，随着uGS的减小，沟道消失，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) （小于0）或uP表示， 与N沟道结型FET的区别： 栅源电压的极性。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线 三、三、P沟道沟道MOSFET P