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目录 基础概念 NMOS工作原理 vDS对iD的影响 耗尽型与增强型N沟道MOSFET比较 基础概念P型半导体是在单晶硅(或锗)中参入微量的三价元素,如:硼、铟、镓、铝等;N型半导体是在单晶硅(或锗)中参入微量的五价元素,如:磷、锑、砷等。 NMOS英文全称为N-Metal-Oxide-Semiconductor。意思为N型金属-氧化物-半导体,而拥有这种结构的晶体管我们称之为NMOS晶体管。PMOS是指n型衬底、p沟道,靠空穴的流动运送电流的MOS管。MOS晶体管有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路,由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路,由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路,由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路,称为CMOS电路。 g:栅极,d:漏极,s:源极,B:衬底引线 NMOS工作原理1.vGS对iD及沟道的控制作用 ①vGS=0 的情况:从下图(a)可以看出,增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压vGS=0时,即使加上漏——源电压vDS,而且不论vDS的极性如何,总有一个PN结处于反偏状态,漏——源极间没有导电沟道,所以这时漏极电流iD≈0。 ②vGS>0 的情况:若vGS>0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。 排斥空穴:使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的受主离子(负离子),形成耗尽层。吸引电子:将 P型衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。 导电沟道的形成: 当vGS数值较小,吸引电子的能力不强时,漏——源极之间仍无导电沟道出现,如图(b)所示。vGS增加时,吸引到P衬底表面层的电子就增多,当vGS达到某一数值时,这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层,且与两个N+区相连通,在漏——源极间形成N型导电沟道,其导电类型与P衬底相反,故又称为反型层,如图(c)所示。vGS越大,作用于半导体表面的电场就越强,吸引到P衬底表面的电子就越多,导电沟道越厚,沟道电阻越小。开始形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压,用VT表示。 vDS对iD的影响当vGS>VT且为一确定值时,漏源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管相似。 漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等,靠近源极一端的电压最大,这里沟道最厚,而漏极一端电压最小,其值为VGD=vGS-vDS,因而这里沟道最薄。 随着vDS的增大,靠近漏极的沟道越来越薄,当vDS增加到使VGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)时,沟道在漏极一端出现预夹断,如图(b)所示。再继续增大vDS,夹断点将向源极方向移动,如图(c)所示。由于vDS的增加部分几乎全部降落在夹断区,故iD几乎不随vDS增大而增加,管子进入饱和区,iD几乎仅由vGS决定。 输出特性曲线与转移特性曲线如上图所示。 耗尽型与增强型N沟道MOSFET比较N沟道耗尽型NMOS管与N沟道增强型MOS管基本相似。耗尽型MOS管在vGS=0时,漏源极间已有导电沟道产生,而增强型NMOS管要在vGS≥VT时才出现导电沟道。 制造N沟道耗尽型MOS管时,在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子),因此即使vGS=0时,在这些正离子产生的电场作用下,漏源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道),只要加上正向电压vDS,就有电流iD。 未完待续。 |
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