2022-2023学年高二物理竞赛课件：N沟道和P沟道MOS场效应晶体管

N沟道和P沟道MOS场效应晶体管

根据导电沟道的起因和沟道载流子的类别可分成4种;N沟道和P沟道MOS场效应晶体管加上漏-源偏压后，输运电流的电子从源端流向漏端。导电载流子是N型导电沟道中的电子;漏-源偏压为正，相当于NPN晶体管的集电极偏压；制作在P型衬底上，漏-源区为重掺杂N+区；N沟道MOS场效应晶体管沟道夹断——曲线A点表面强反型形成导电沟道时，沟道呈现电阻特性，漏-源电流通过沟道电阻时，将在其上产生电压降。栅绝缘层上的有效电压降从源到漏端逐渐减小，UDS很大时，降落在栅下各处绝缘层上的电压不相等，反型层厚度不相等，因而导电沟道中各处的电子浓度不相同；UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。导电沟道呈现一个楔形沿沟道有电位梯度绝缘层内不同点的电场强度不同,左高右低当电压继续增加到漏端栅绝缘层上的有效电压降低于表面强反型所需的阈值电压UT

时，漏端表面的反型层厚度减小到零，即漏端处沟道消失，只剩下耗尽区，这就是：沟道夹断。使漏端沟道夹断所需加的漏-源电压UDS称为饱和漏-源电压(UDsat)，对应的电流I称为饱和漏-源电流(IDsat)。沟道夹断条件

UDS=UGS

UT

UDS+UT=UGS

4.2决定阈值电压的因素

4.2.1阈值电压的定义

①阈值电压——在漏-源之间半导体表面处感应出导电沟道所需加在栅电极上的电压UGS

。②表示MOS管是否导通的临界栅-源电压。③工作在饱和区时，将栅压与沟道电流关系曲线外推到零时所对应的栅电压；④使半导体表面势US=2,

为衬底半导体材料的费米势，US的大小相当于为使表面强反型所需加的栅电压。外推UDS≠0（4）饱和区特性——曲线AB段继续增加UDS比UDsat大得多时,(UDS

UDsat)将降落在漏端附近的夹断区上,夹断区将随UDS的增大而展宽,夹断点将随UDS的增大而逐渐向源端移动,导电沟道的有效厚度基本不再改变，栅下面表面被分成反型导电沟道区和夹断区两部分。沟道中的载流子不断地由源端向漏端漂移，当到达夹断点时，立即被夹断区的强电场扫入漏区，形成漏极电流。漏源电流基本上不随UDS的增大而上升。

（5）击穿特性——曲线BC段当UDS达到或超过漏端PN结反向击穿电压时，漏端PN结发生反向击穿；转移特性(输入电压-输出电流)当UGS

UT时，随着UGS的增加，沟道中导电载流子数量增多，沟道电阻减小，在一定的UDS的作用下，漏极电流上升。UGS

UT后，进入亚阈值区工作，漏极电流很小。MOS晶体管的转移特性：漏源极电流IDS随栅源电压UGS变化的曲线，反映控制作用的强弱平方律关系管子工作于放大区时函数表达式UTN，开启电压截止，夹断区栅极施加负压时，表面出现强反型而形成P型导电沟道;传输电流的导电载流子是空穴;在漏-源电压作用下，空穴经过P型沟道从源端流向漏端;制作在N型衬底上，漏-源区为重掺杂P+区漏-源偏压为负，相当于PNP晶体管的集电极偏置电压;P沟道MOS场效应晶体管增强型和耗尽型

按零栅压时(UGS＝0),是否存在导电沟道来划分；UGS

=0时，不存在导电沟道，漏源间被背靠背的PN结二极管隔离，即使加上漏源电压，也不存在电流，器件处于“正常截止状态”；增强型器件

当衬底杂质浓度低,而SiO2层中的表面态电荷密度又较大，在零栅压时，表面就会形成反型导电沟道，器件处于导通状态;要使沟道消失，必须施加一定的反向栅压，称为阈值电压(夹断电压)；二者的差别：在于耗尽型管的二氧化硅绝缘层中掺有大量的碱金属正离子(如Na++或K++)，会感应出大量的电子。耗尽型器件电路中的电学符号——教材有误

类型衬