2022-2023学年高二物理竞赛课件：MOS场效应晶体管

MOS场效应晶体管

场效应管：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管;一种载流子参与导电，又称单极型

(Unipolar)晶体管。原理：利用改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导电能力而实现放大作用;MOS场效应晶体管双极晶体管：参加工作的不仅有少数载流子，也有多数载流子，故统称为双极晶体管特点单极型器件(靠多数载流子导电)；输入电阻高：可达1010(有资料介绍可达1014

）以上、抗辐射能力强、

；制作工艺简单、易集成、热稳定性好、功耗小、体积小、成本低。OUTLINE4.1MOS场效应晶体管结构、工作原理和输出特性

栅极Al(Gate)源极(Source)漏极(Drain)绝缘层SiO2(Insulator)保护层表面沟道(Channel)衬底电极(Substrate)OhmiccontactMOS管结构两边扩散两个高浓度的N区形成两个PN结以P型半导体作衬底通常，MOS管以金属Al(Metal)

SiO2(Oxide)

Si(Semicond-uctor)作为代表结构基质：硅、锗、砷化镓和磷化铟等栅材：二氧化硅、氮化硅、和三氧化二铝等制备工艺：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。结构：环形结构、条状结构和梳状结构基本结构参数

----电容结构沟道长度沟道宽度栅绝缘层厚度tOX

扩散结深衬底掺杂浓度NA

+表面电场MOSFETFundamentalsD-S

间总有一个反接的PN结产生垂直向下的电场MOS管工作原理

栅压从零增加，表面将由耗尽逐步进入反型状态，产生电子积累。当栅压增加到使表面积累的电子浓度等于或超过衬底内部的空穴平衡浓度时，表面达到强反型，此时所对应的栅压称为阈值电压UT

。感应表面电荷吸引电子电场排斥空穴正常工作时的偏置强反型时，表面附近出现的与体内极性相反的电子导电层称为反型层——沟道，以电子导电的反型层称做N沟道。感应表面电荷一种典型的电压控制型器件电流通路——从漏极经过沟道到源极(VCCS)UGS=0,

UDS≠0，漏端PN结反偏，反偏电流很小——器件截止

UGS≠0,

UDS≠0，表面形成沟道，漏区与源区连通，电流明显；

——器件导通

zeroappliedbias源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，IDS=0分析：漏-源输出特性

下面分区讨论各区的特点曲线与虚线的交点为“夹断点”夹断区(截止区)恒流区(放大区或饱和区)预夹断轨迹可变电阻区击穿区（1）截止区特性（UGS

<UT开启电压）外加栅电压UGS在表面产生感应负电荷，随着栅极电压的增加，表面将逐渐形成耗尽层。但耗尽层电阻很大，流过漏—源端的电流很小，也只是PN结反向饱和电流，这种工作状态称为截止状态。Operation

Modes（2）线性区特性（UGS

≥UT）——曲线OA段当UGS

UT后，表面形成强反型导电沟道，若加上偏置电压UDS

，载流子就通过反型层导电沟道，从源端向漏端漂移，由漏极收集形成漏-源电流IDS。UGS增大，反型层厚度亦增厚，因而漏-源电流线性增加。