进一步增加Vgs
发布时间:2018-10-26 14:39

  道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底(substrat),用符号B表示。

  当Vgs=0V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压,不会在D、S间形成电流。

  当栅极加有电压时,若0VGSVGS(TH)时(VGS(TH)称为开启电压),通过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,不足以形成沟道,所以仍然不足以形成漏极电流ID。p

  进一步增加Vgs,当VgsVgs(th)时,由于此时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层(inversionlayer)。随着Vgs的继续增加,ID将不断增加。

  VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线,见图。

  转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。

  当VgsVgs(th),且固定为某一值时,来分析漏源电压Vds对漏极电流ID的影响。Vds的不同变化对沟道的影响如图所示。

  当VDS为0或较小时,相当VGDVGS(th),沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处,沟道达到开启的程度以上,漏源之间有电流通过。

  当VDS增加到使VGD=VGS(th)时,相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况,称为预夹断,此时的漏极电流ID基本饱和。

  当VDS增加到VGDVGS(TH)时,预夹断区域加长,伸向S极。pVDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上,ID基本趋于不变。

  当VGSVGS(th),且固定为某一值时,VDS对ID的影响,即iD=f(vDS)VGS=const这一关系曲线所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。

  非饱和区(NonsaturationRegion)又称可变电阻区,是沟道未被预夹断的工作区。由不等式VGSVGS(th)、VDS

  当VDS增大到足以使漏区与衬底间PN结引发雪崩击穿时,ID迅速增加,管子进入击穿区。

  在N型衬底中扩散两个P+区,分别做为漏区和源区,并在两个P+之间的SiO2绝缘层上覆盖栅极金属层,就构成了P沟道EMOS管。

  N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图3-5所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS0时,将使ID进一步增加。VGS0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线见图所示。

  P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

  

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