16电路等效.PPT

MOSFET正常工作时，D、B和S端所加的电压要保证两个PN结处于反偏。 在直流工作下的器件，通常假设器件只有漏－源电流*或简称漏电流 IDS，并将流向漏极方向的电流定义为正。 MOSFET各端电压对漏电流都有影响，电流－电压的一般关系为： 端电流的定义 SiO2 P-Si衬底 坐标系的定义 不作特别声明时，一般假设源和体短接（接地） 在栅压为零时，从源电极和漏电极被两个背靠背的PN结隔离，这时即使在源漏之间加上电压，也没有明显的漏源电流（忽略PN结的反向漏电流） VGS=0 n+ n+ VDS0 p-substrate S B IDS=0 直流特性的定性描述：工作原理 当在栅上加有足够大的电压时，MOS结构的沟道区就会形成反型层，它可以把源区和漏区连通，形成导电沟道，这时如果在漏源间加有一定的偏压，就会有明显的电流流过。 直流特性的定性描述：工作原理 VGSVT Acceptors Depl Reg n+ n+ VDS0 p-substrate Channel S B IDS 假设栅电压VGSVT，漏电压VDS开始以较小的步长增加 IDS VDS VDS（Small） VGSVT n+ n+ p-substrate Channel S B IDS 当VDS很小时，它对反型层影响很小，表面沟道类似于一个简单电阻，漏电流与VDS成正比。 直流特性的定性描述：输出特性 VGSVT n+ n+ VDS=VDSat p-substrate Channel S B IDS ID VDS VDsat IDsat Pinch-off 随着VDS的增加，它对栅的反型作用开始起负面影响，使反型层从源到漏逐渐变窄，反型载流子数目也相应减小，使IDS-VDS曲线的斜率减小。沟道载流子数目在靠近漏端降低最多，在漏端附件的反型层将最终消失（称为沟道被夹断）。使沟道开始夹断的漏源电压称为漏源饱和电压，相应的电流称为饱和电流。 ID VDS VDsat IDsat ohmic saturated VGSVT n+ n+ VDSVDSat p-substrate Channel S B IDS 夹断区 当漏源电压超过饱和电压后，夹断区变宽，夹断点从漏到源移动。夹断区是耗尽区，因而超过VDsat的电压主要降落在夹断区。对于长沟道（L△L）器件，夹断后漏电流基本保持不变，因为，夹断点P点的电压VDsat保持不变，从源到P点的载流子数目不变，因而从漏到源的电流也不变化。 一般长沟道器件的 IDS~VDS 特性 VDS IDS VGSVT VGS增加 VGSVT Ohmic Saturated 直流特性的定性描述：转移特性 MOSFET的电流由器件内部的电场控制 （栅压引起的纵向电场和漏电压引起的横向电场）, 因而称为场效应晶体管。 MOSFET依照其“通道”（工作载流子的通道）的极性不同，分为“N型”与“P型”两种，通常又称为NMOSFET与PMOSFET。下图是典型平面N沟道增强型NMOSFET的剖面图。 1.6 电 路 等 效 1.6.6 器件电路模型的建立 它用一块P型硅半导体材料作衬底B，在其面上扩散了两个N型区 用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G(栅极）、S（源极）及D（漏极） MOSFET类型及结构特点 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET) NMOSFET的结构图 N N 二氧化硅绝缘层 P 硅晶体 再在上面覆盖一层二氧化硅(SiO2）绝缘层 最后在N区上方用腐蚀的方法做成两个孔， S源极 D漏极 G栅极 1.6 电 路 等 效 1.6.6 器件电路模型的建立 结构特点：栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，因此栅极电流始终为0； D与S和衬底B之间有两个PN结。 一般情况下，衬底B与源极在内部连接在一起，这样，相当于D与S之间有一个PN结。 MOSFET是一个四端器件： 栅 G （Gate），电压VG 源 S （Source），电压VS 漏 D （Drain），电压VD 衬底 B （Body），电压VB 以源端为电压参考点，端电压定义为: 漏源电压 VDS=VD - VS 栅源电压 VGS=VG - VS 体源电压 VBS=VB - VS MOSFET类型及结构特点 N N P S源极 D漏极 G栅极 B MOSFET的三维结构简化图 P-Si gate n+ n+ Source Drain w L 金属 Al（Al 栅） 重掺杂的多晶硅（硅栅， Polycide（多晶硅/难融金属硅化物） NMOSFET的三维结构图 1.6 电 路 等 效 1.6.6 器件电路模型的建立 MOSFET工作原理 要使增强型N沟道MOSFET工作，要在G、S之间加正电压VG