金属氧化物半导体场效应晶体管[精选].ppt

金属－氧化物－半导体场效应晶体管 Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor MOSFET 半导体 定义：半导体( semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。 半导体按化学成分分类 锗和硅是最常用的元素半导体； 化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。 半导体按结构分类 P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。 N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半导体。 PN结的形成过程 在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。 晶体管 晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。 由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管，双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。 双极型晶体管分类 NPN型三极管，由三块半导体构成，其中两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。 双极型晶体管分类 由两块P型半导体中间夹着一块N型半导体所组成的三极管，称为PNP型三极管。 晶体管的特性曲线 饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V (硅管)， iC不受iB控制。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距，说明iC主要受iB控制此时，发射结正偏，集电结反偏。 晶体管的特性曲线 截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压。此时，发射结和集电结均反向偏置 金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET) MOSFET由一个MOS电容和靠近MOS栅控区域的两个PN结组成。 N沟道增强型MOSFET 结构 器件版图和结构参数 结构参数：沟道长度 L、沟道宽度 W 、栅氧化层厚度T 、 源漏PN结结深X 材料参数：衬底掺杂浓度 N、载流子迁移率u 工作原理 电路连接 直流特性的定性描述：转移特性 工作在饱和区时，MOS管的正向受控作用，服从平方律关系式： 转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID的控制作用,可由输出特性转换得到。 NEMOS管输出特性曲线 输出特性曲线可划分四个区域：非饱和区、饱和区、截止区、击穿区。 非饱和区（又称可变电阻区） 特点：ID同时受UGS与UDS的控制。 NEMOS管输出特性曲线 饱和区（又称恒流区）特点：ID只受UGS控制，而与UDS近似无关，表现出类似三极管的正向 受控作用。 VGS(th)—开启电压，开始有ID时对应的VGS值 击穿区 截止区（ID =0以下的区域）IG≈0，ID≈0 输出特性曲线 ID =0 时对应的VGS值? 夹断电压VGS（off） 。 VGS=0 时对应的ID 值? 饱和漏电流IDSS * 姓名：黄钰凯 导师：凌智勇 栅 氧化层 硅衬底 源区－沟道区－漏区 P P + N + N + S G D U VDS - + 栅?衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。 - + VGS ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V 3.5V 4V 4.5V ID/mA VGS /V 0 1 2 3 4 5 VDS = 5V VDS = 5V 转移特性曲线中,ID ≈0 时对应的VGS值, 即开启电压VGS（th） 。 ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V 3.5V 4V 4.5V ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(th) VGS =1V -1. 5V - 1V -0. 5V 0V 0. 5V -1. 8V ID/mA VGS /V 0 VGS(th) *