微电子学概论》-ch2_MOS场效应晶体管课件.pptVIP

下一页 上一页 半导体器件物理基础 ——MOS场效应晶体管 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? 晶体管的基本结构 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） OUTLINE 结型场效应晶体管 MIS结构 N 基底 ：N型半导体 P P 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 P N N G(栅极) S源极 D漏极 P沟道结型场效应管 N P P G(栅极) S源极 D漏极 N沟道结型场效应管 工作原理（以P沟道为例） USD=0V时 UGS P G S D USD N N N N ID PN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 UDS=0V时 P G S D USD UGS N N ID N N UGS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。 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USD ? 0V，漏极电流ID=0A。 P G S D USD UGS N N ID P G S D USD UGS UGSVT且USD0、UGDVT时耗尽区的形状 N N 越靠近漏端，PN结反压越大 ID USD 对导电性能的影响 P G S D USD UGS UGSVT且USD较大时UGDVT时耗尽区的形状 N N 沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。 ID G S D USD UGS UGSVT UGD=VT时 N N 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 G S D USD UGS UGSVT UGD=VT时 N N 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 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。 绝缘栅场效应管 P N N G S D P型基底 源漏区 绝缘层 导电沟道 金属铝（栅极） 根据导电沟道： nMOS、pMOS MOS场效应管 OUTLINE 结型场效应晶体管 MIS结构 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 + + + + + + + + + + + P VG0 多子远离表面 + + + + + + + + + + + P VG0 耗尽层（高阻区） + + + + + + + + + + + P VG0 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 － － － － － － － － P VG0 多子被吸引表面 － － － － － － － － P VG0 半导体内的变化并不显著 表面空间电荷层和反型层 * * Heterojunction:异质结 Deleted semiconductor: 耗尽型半导体 * N沟道MOS，通常源漏之间加偏压，电位低的一端称为源，电位较高的一端成为漏，其电流方向有漏端流向源端。 P沟道MOS，通常源漏之间加偏压，电位低的一端称为漏，电位较高的一端成为源，其电流方向有源端流向漏端。 下一页 上一页 * * Heterojunction:异质结 Deleted semiconductor: 耗尽型半导体 * N沟道MOS，通常源漏之间加偏压，电位低的一端称为源，电位较高的一端成为漏，其电流方向有漏端流向源端。 P沟道MOS，通常源漏之间加偏压，电位低的一端称为漏，电位较高的一端成为源，其电流方向有源端流向漏端。