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MOS场效电晶体
Chapter 3
場效電晶體(The
Field-Effect Transistor)
3.1 MOS 場效電晶體
Southern Taiwan University
1
1. 二端子的MOS 結構
如圖3.1.1 所示,當外加電壓上升,電場上升,基板內的負電荷也會跟著上
升,便會在半導體中形成一個帶負電(少數載子)的空間電荷區(Space-charge
Region) ,亦可稱為電子反轉層(Electron Inversion Layer) ,此區塊的電子數量由外
加電壓V 決定。
若將半導體材質改為n-type ,外加電壓V 改為負電壓,亦可產生此情形,不
過此產生電洞的區域,稱之為電洞反轉層(Hole Inversion Layer) 。
2. 理想的MOSFET 電流-電壓特性
Southern Taiwan University
當V 改變,i -V 曲線也會跟著改變,如圖3.1.2 所示,曲線的斜率隨著V 增
GS D DS GS
加而增加。
2
表3.1.1 為N 通道增強型MOSFET ,各種狀態下的電流電壓公式。
μn×C ×W
K 稱為導電參數(Conduction Parameter)= ox ,W:通道寬度、L:通道長
n 2×L
度、COX:單位面積的氧化層電容、μ :反轉層電子的移動率。
n
VTN:門檻電壓(Threshold Voltage) ,產生與原來多數載子相同濃度之反轉電荷所需
的外加閘極電壓以VTN記之。
3. 電路符號與慣用表示
圖3.1.3 P 通道增強型MOSFET (a)常用電路,垂直虛線表示通道為增強型(需
給予外加電壓) ,箭頭方向為電晶體的形式,此圖為P 通道元件,從圖中了解
MOSFET 為四端點結構元件。(b)簡化電路(c)進階簡化電路
Southern Taiwan University
3
圖3.1.4 N 通道增強型MOSFET (a)常用電路,垂直虛線表示通道為增強型(需
給予外加電壓) ,箭頭方向為電晶體的形式,此圖為N 通道元件,從圖中了解
MOSFET 為四端點結構元件。(b)簡化電路(c)進階簡化電路
4. 非理想的電流-電壓
特性
(a)有效的輸出電阻
當MOSFET 在飽和區
時,iD與VDS無關,但事實
上,MOSFET 的曲線斜率
並不為零。當V V
DS DS(SAT)
時,反轉層密度變成零的
位置,電流由D 端到S 端,
因等效的通道長度減少,
而產生通道長度調變
(Channel Length
Modulation) ,此特性曲線類似BJT 的厄利效應(Early Effect) 。
對N 通道元件,i -V 特性可由公式i = k [(V −V )2(1 + λV )]做修正,
D DS D n GS TN DS
其中λ為正值,稱為通道長度調變參數(Channel-Length Modulation Parameter) ,
此參數與V 有關。
Southern Taiwan University
A
(b)本體效應(Body Effect)
假如將兩個N 通道的MOSFET 串接在一起,P 型基板為兩個電晶體共同使
用,此時VDS1≠0 ,所以VSB2≠0 ,M2 的S 端等於接地。
M1
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