微电子学概论ch2MOS场效应晶体管

半导体器件物理基础——MOS场效应晶体管微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第1页!场效应管与晶体管的区别晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。晶体管参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件；场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，因此称其为单级型器件。晶体管的输入电阻较低，一般102-104；场效应管的输入电阻高，可达109-1014微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第2页!晶体管的基本结构微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第3页!MOS场效应晶体管场效应晶体管结型场效应晶体管（JFET）金属－半导体场效应晶体管（MESFET）

MOS场效应晶体管（MOSFET）微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第4页!N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极结构导电沟道结型场效应晶体管微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第5页!工作原理（以P沟道为例）USD=0V时UGSPGSDUSDNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。UGS对导电性能的影响微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第6页!UGS达到一定值时（夹断电压VT）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使USD0V，漏极电流ID=0A。PGSDUSDUGSNNID微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第7页!PGSDUSDUGSUGS<VT且USD较大时UGD<VT时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第8页!GSDUSDUGSUGS<VTUGD=VT时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随USD的增加而增加，呈恒流特性。ID微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第9页!绝缘栅场效应管PNNGSDP型基底源漏区绝缘层导电沟道金属铝（栅极）微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第10页!OUTLINE结型场效应晶体管MIS结构

MOS电容结构MOSFET微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第11页!+++++++++++PVG>0多子远离表面+++++++++++PVG>0耗尽层（高阻区）+++++++++++PVG>0反型层：由少子组成，称为沟道。表面空间电荷层和反型层N沟道微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第12页!OUTLINE结型场效应晶体管MIS结构

MOS电容结构MOSFET微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第13页!MOS结构的电容交流电容交流电容C定义为：+Q-QEd+-V面积A+Q-QVQVC（V〕＝斜率对于理想的交流电容，C与频率无关这里理想指电容中没有能量的耗散：1、忽略金属引线的电阻（超导线〕2、介质层不吸收能量微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第14页!OUTLINE结型场效应晶体管MIS结构

MOS电容结构MOSFET微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第15页!增强型MOS场效应管(以N沟道为例）漏极D→收集极C源极S→发射极E栅极G→基极B衬底B电极—金属绝缘层—氧化物基体—半导体因此称之为MOS管微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第16页!MOS管衬底偏置效应

保证两个PN结反偏，源极—沟道—漏极之间处于绝缘态NMOS管—UBS加一负压PMOS管—UBS加一正压处理原则：处理方法：微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第17页!N沟道增强型MOS场效应管特性曲线UGS一定时，ID与UDS的变化曲线，是一族曲线

ID=f(UDS)UGS=C输出特性曲线1.线性区：当UDS为0或较小时，相当UGD＞UT，ID与UDS的关系近线性ID≈2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用此时UDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在UDS作用下ID线性变化，为线性区微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第18页!

N沟道耗尽型MOS场效应管结构耗尽型（常开型）MOS场效应管+++++++耗尽型MOS管存在原始导电沟道微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第19页!小结：MOS沟道区(Channel)，沟道长度L栅极(Gate)源区/源极(Source)漏区/漏极(Drain)NMOS、PMOS、CMOS阈值电压Vt，击穿电压特性曲线、转移特性曲线泄漏电流(截止电流)、驱动电流(导通电流)微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第20页!PMOSFETVBS>0，接正偏压微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第21页!OUTLINE结型场效应晶体管MIS结构

MOS电容结构MOSFET微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第22页!PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第23页!UDS=0V时PGSDUSDUGSNNIDNNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第24页!PGSDUSDUGSUGS<VT且USD>0、UGD<VT时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大IDUSD对导电性能的影响微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第25页!GSDUSDUGSUGS<VTUGD=VT时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。USD增大则被夹断区向下延伸。ID微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第26页!结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第27页!根据导电沟道：nMOS、pMOSMOS场效应管微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第28页!MIS结构金属（Metal）绝缘体（Insulator）半导体（Semiconductor）MIS结构是MOSFET的基本组成部分微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第29页!－－－－－－－－PVG<0多子被吸引表面－－－－－－－－PVG<0半导体内的变化并不显著表面空间电荷层和反型层微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第30页!电容的含义平行板电容器+Q-QEd+-V面积A电容C定义为：QVC＝斜率直流和交流时均成立微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第31页!MOS电容的结构半导体中的电容通常是交流电容微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第32页!MOSFET增强型MOSFET*耗尽型MOSFET微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第33页!当UGS较小时，虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层，但负离子不能导电。当UGS=UT时,在P型衬底表面形成一层电子层，形成N型导电沟道，在UDS的作用下形成ID。

UT：开启电压、阀值电压。UDSID++++++++UGS反型层当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID≈0.当UGS>UT时,沟道加厚，沟道电阻减少，在相同UDS的作用下，ID将进一步增加开始无导电沟道，当在UGSUT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第34页!N沟道增强型MOS场效应管特性曲线UDS一定时，UGS对漏极电流ID的控制关系曲线ID=f(UGS)UDS=C转移特性曲线UGD>UTUGS(V)ID(mA)UTID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UT)2沟道较短时，应考虑UDS对沟道长度的调节作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—导电因子（mA/V2)—沟道调制长度系数前提：UDS为0或较小，使得UGD＞UT，相当于晶体管导通微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第35页!当UDS增加到使UGD=UT时，当UDS增加到UGDUT时，这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。此时的漏极电流ID

基本饱和，为饱和区。预夹断区域加长，伸向S极。ID基本趋于不变。当UDS增加到一定程度，ID可能随UDS迅速增加，直至pn结击穿，为击穿区,此时UDS为泄漏击穿电压

。2.饱和区（恒流区）：3.击穿区：微电子学概论》ch2MOS场效应晶体管共39页，您现在浏览的是第36页!N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理当UGS=0时，UDS加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为漏极饱和电流，用IDSS表示当UGS＞0时，将使ID进一