2.4 MOS 场效应晶体管-2017年10月.ppt

2.4 MOS场效应晶体管(MOSFET) 电连接时，P阱接最负电位，N衬底接最正电位，通过反向偏置的PN结实现PMOS器件和NMOS器件之间的相互隔离。P阱CMOS芯片剖面示意图见下图。 N阱CMOS芯片剖面示意图见下图。 8 MOS存储器结构 静态MOS存储器（SRAM） 存储单元由某种锁存器作为存储元件，只要不断掉电源，存储的信息就一直保留着。速度快、功耗大、芯片面积大。 动态MOS存储器（DRAM） 其存储单元是利用一个很小的电容存储电荷来保持信息的。重写、集成度高、功耗低、但速度不如SRAM。 SRAM存储器读操作 DRAM存储器读操作 BiCMOS工艺 N阱CMOS-NPN体硅衬底结构剖面图 S G D B 耗尽型 NMOS 常开 VGS＝0时， 在VDS的作用下，就有漏极电流流过 (3) PMOSFET 增强型 耗尽型 S G D B S G D B 耗尽型 绝缘 栅型 N 沟道 增强型 绝缘 栅型 N 沟道 输出特性曲线 转移特性曲线 符 号 种 类 S G D B VGS ID O VT + VGS = VT VDS ID + + + O 5 MOS管类型 ID S G D B ID VGS VP IDSS O VDS ID _ VGS=0 + _ _ O 耗尽型 增强型 绝缘 栅型 P 沟道 输出特性曲线 转移特性曲线 符 号 种 类 S G D B ID S G D B ID ID VGS VT O ID VGS VP IDSS O _ ID UGS=UT UDS _ o _ VGS= 0V + _ ID VDS o + 6 场效应管的参数 ① 开启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 ② 夹断电压VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零 ③ 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极电流。 ④ 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是109～1015Ω。 ⑤ 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，表明MOS管事电压控制元件。gm可以在转移特性曲线上求取。 极限参数  ②漏、源间击穿电压BVDS 在场效应管输出特性曲线上, 当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的VDS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值。 ① 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= VDSID决定。这部分功率将转化为热能, 使管子的温度升高。PDM决定于场效应管允许的最高温升。  ③栅源间击穿电压BVGS 对于MOS场效应管, 由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层, 当VGS过高时, 可能将SiO2绝缘层击穿, 使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于PN结击穿, 而和电容器击穿的情况类似, 属于破坏性击穿, 即栅、 源间发生击穿, MOS管立即被损坏。  P 型衬底 (掺杂浓度低) N+ N+ S D G B NMOS或PMOS NPN型或PNP型 类型 电压控制元件 电流控制元件 控制方式 基极—栅极、发射极—源极、集电极—漏极 对应极 简单、成本低，有利于大规模集成 较复杂 制造工艺 对称, 有时D和S可互换，VGS可正可负，灵活性强。 不能互换 结构 多数载流子参与导电 受幅射的影响小、热稳定性较好 多数和少数载流子参与导电，少数载流子浓度一手温度和辐射影响。 载流子 （电子、空穴） 场效应管 双极性晶体管 场效应管与双极性晶体管的比较 7 CMOS晶体管 CMOS工艺技术一般可分为三类，即 P阱CMOS工艺 N阱CMOS工艺 CMOS工艺技术是当代VLSI工艺的主流工艺技术，它 是在PMOS与NMOS工艺基础上发展起来的。 特点：是将NMOS器件与PMOS器件同时制作在同一 硅衬底上。 G S D G D S N + N + P + P + P + NMOS PMOS N - SUB P 阱 N + P阱CMOS工艺 CMOS反相器——非逻辑功能 　　CMOS反相器由一个增强型PMOS管和一个增强型N MOS管串联组成 通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管 G S D G D S N-SUB P+ P+ N