关于MOSFET的一些常识.pdf

MOSFET 金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET ）是一种可以广泛使用在类比 电路与数位电路的场效晶体管（field-effect transistor ）。MOSFET 依照其“通 道” 的极性不同，可分为 n-type 与 p-type 的 MOSFET ，通常又称为 NMOSFET 与 PMOSFET ，其他简称尚包括 NMOS FET 、PMOS FET 、nMOSFET 、pMOS FET 等。 从目前的角度来看 MOSFET 的命名，事实上会让人得到错误的印象。因 为 MOSFET 里代表“metal” 的第一个字母 M 在当下大部分同类的元件里是不存 在的。早期 MOSFET 的栅极（gate electrode ）使用金属作为其材料，但随著 半导体技术的进步，现代的 MOSFET 栅极早已用多晶硅取代了金属。 MOSFET 在概念上属于“绝缘栅极场效晶体管” （Insulated-Gate Field Effe ct Transistor, IGFET ），而 IGFET 的栅极绝缘层有可能是其他物质而非 MOS FET 使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效晶体管元件时比较喜 欢用 IGFET ，但是这些 IGFET 多半指的是 MOSFET 。 MOSFET 里的氧化层位于其通道上方，依照其操作电压的不同，这层氧化 物的厚度仅有数十至数百埃（Aring; ）不等，通常材料是二氧化硅（silicon dioxide, SiO2 ），不过有些新的进阶制程已经可以使用如氮氧化硅（silicon o xynitride, SiON ）做为氧化层之用。 今日半导体元件的材料通常以硅（silicon ）为首选，但是也有些半导体公 司发展出使用其他半导体材料的制程，当中最著名的例如 IBM 使用硅与锗（g ermanium ）的混合物所发展的硅锗制程（silicon-germanium process, SiGe pro cess ）。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓（gallium arse nide, GaAs ），因为无法在表面长出品质够好的氧化层，所以无法用来制造 M OSFET 元件。 当一个够大的电位差施于 MOSFET 的栅极与源极（source ）之间时，电场 会在氧化层下方的半导体表面形成感应电荷，而这时所谓的“反型层” （inversi on channel ）就会形成。通道的极性与其漏极（drain ）与源极相同，假设漏极 和源极是 n-type ，那么通道也会是 n-type 。通道形成后，MOSFET 即可让电流 通过，而依据施于栅极的电压值不同，可由 MOSFET 的通道流过的电流大小 亦会受其控制而改变。 电路符号 常用于 MOSFET 的电路符号有很多种变化，最常见的设计是以一条直线 代表通道，两条和通道垂直的线代表源极与漏极，左方和通道平行而且较短的 线代表栅极，如下图所示。有时也会将代表通道的直线以破折线代替，以区分 增强型 MOSFET （enhancement mode MOSFET ）或是耗尽型 MOSFET （deple tion mode MOSFET ）。 由于积体电路芯片上的 MOSFET 为四端元件，所以除了栅极、源极、漏 极外，尚有一基极（Bulk 或是 Body ）。MOSFET 电路符号中，从通道往右延 伸的箭号方向则可表示此元件为 n-type 或是 p-type 的 MOSFET 。箭头方向永 远从 P 端指向 N 端，所以箭头从通道指向基极端的为 p-type 的 MOSFET ，或 简称 PMOS （代表此元件的通道为p-type ）；反之若箭头从基极指向通道，则 代表基极为 p-type ，而通道为 n-type ，此元件为