MOS场效应管讲述VIP免费

3.2结型场效应管3.3场效管应用原理3.1MOS场效应管第三章场效应管第一页，共五十三页。概述场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。场效应管与三极管主要区别：•场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。•场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。场效应管分类：MOS场效应管结型场效应管第二页，共五十三页。3.1MOS场效应管P沟道（PMOS）N沟道（NMOS）P沟道（PMOS）N沟道（NMOS）MOSFET增强型（EMOS）耗尽型（DMOS）N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因此导致加在各极上的电压极性相反。第三页，共五十三页。N+N+P+P+PUSGD3.1.1增强型MOS场效应管N沟道EMOSFET结构示意图源极漏极衬底极SiO2绝缘层金属栅极P型硅衬底SGUD电路符号l沟道长度W沟道宽度第四页，共五十三页。N沟道EMOS管外部工作条件•VDS>0(保证栅漏PN结反偏)。•U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。•VGS>0(形成导电沟道)PP+N+N+SGDUVDS-+-+VGSN沟道EMOS管工作原理栅衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。第五页，共五十三页。N沟道EMOSFET沟道形成原理•假设VDS=0，讨论VGS作用PP+N+N+SGDUVDS=0-+VGS形成空间电荷区并与PN结相通VGS衬底表面层中负离子、电子VGS开启电压VGS(th)形成N型导电沟道表面层n>>pVGS越大，反型层中n越多，导电能力越强。反型层第六页，共五十三页。•VDS对沟道的控制（假设VGS>VGS(th)且保持不变）VDS很小时→VGDVGS。此时W近似不变，即Ron不变。由图VGD=VGS-VDS因此VDS→ID线性。若VDS→则VGD→近漏端沟道→Ron增大。此时Ron→ID变慢。PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+第七页，共五十三页。当VDS增加到使VGD=VGS(th)时→A点出现预夹断若VDS继续→A点左移→出现夹断区此时VAS=VAG+VGS=-VGS(th)+VGS（恒定）若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变（即Ron不变）。因此预夹断后：PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+APP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+AVDS→ID基本维持不变。第八页，共五十三页。若考虑沟道长度调制效应则VDS→沟道长度l→沟道电阻Ron略。因此VDS→ID略。由上述分析可描绘出ID随VDS变化的关系曲线：IDVDS0VGS–VGS(th)VGS一定曲线形状类似三极管输出特性。第九页，共五十三页。•MOS管仅依靠一种载流子（多子）导电，故称单极型器件。•三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。MOSFET工作原理：第十页，共五十三页。由于MOS管栅极电流为零，故不讨论输入特性曲线。共源组态特性曲线：ID=f(VGS)VDS=常数转移特性：ID=f(VDS)VGS=常数输出特性：伏安特性+TVDSIG0VGSID+--转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。第十一页，共五十三页。NEMOS管输出特性曲线非饱和区特点：ID同时受VGS与VDS的控制。当VGS为常数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性；ID/mAVDS/V0VDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V当VDS为常数时，VGSID，表现出一种压控电阻的特性。沟道预夹断前对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)VDSVGS(th)VDS>VGS–VGS(th)考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随VDS的增加略有上翘...