mos場(chǎng)效應(yīng)管作用的特點(diǎn),看完您就知道了!
信息來(lái)源:本站 日期:2017-07-07
場(chǎng)效應(yīng)管是只要一種載流子參與導(dǎo)電,用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET(Junction Field Effect Transister)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體三極管MOSFET。
MOS場(chǎng)效應(yīng)管有加強(qiáng)型(Enhancement MOS 或EMOS)和耗盡型(MOS或DMOS)兩大類,每一類有N溝道和P溝道兩種導(dǎo)電類型。場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)電極:D(Drain) 稱為漏極,相當(dāng)雙極型三極管的集電極;G(Gate) 稱為柵極,相當(dāng)于雙極型三極管的基極;S(Source) 稱為源極,相當(dāng)于雙極型三極管的發(fā)射極。
加強(qiáng)型MOS(EMOS)場(chǎng)效應(yīng)管道加強(qiáng)型MOSFET根本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)錁?gòu)造,它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層,然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū),從N型區(qū)引出電極,一個(gè)是漏極D,一個(gè)是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極 G。P型半導(dǎo)體稱為襯底(substrat),用符號(hào)B表示。
工作原理
1.溝道構(gòu)成原理當(dāng)Vgs=0 V時(shí),漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管,在D、S之間加上電壓,不會(huì)在D、S間構(gòu)成電流。
當(dāng)柵極加有電壓時(shí),若0<Vgs<Vgs(th)時(shí)(VGS(th) 稱為開(kāi)啟電壓),經(jīng)過(guò)柵極和襯底間的電容作用,將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排擠,呈現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運(yùn)動(dòng),但數(shù)量有限,缺乏以構(gòu)成溝道,所以依然缺乏以構(gòu)成漏極電流ID。
進(jìn)一步增加Vgs,當(dāng)Vgs>Vgs(th)時(shí),由于此時(shí)的柵極電壓曾經(jīng)比擬強(qiáng),在靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體表層中匯集較多的電子,能夠構(gòu)成溝道,將漏極和源極溝通。假如此時(shí)加有漏源電壓,就能夠構(gòu)成漏極電流ID。在柵極下方構(gòu)成的導(dǎo)電溝道中的電子,因與P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反,故稱為反型層(inversion layer)。隨著Vgs的繼續(xù)增加,ID將不時(shí)增加。
在Vgs=0V時(shí)ID=0,只要當(dāng)Vgs>Vgs(th)后才會(huì)呈現(xiàn)漏極電流,這種MOS管稱為加強(qiáng)型MOS管。
VGS對(duì)漏極電流的控制關(guān)系可用iD=f(vGS)|VDS=const這一曲線描繪,稱為轉(zhuǎn)移特性曲線,見(jiàn)圖。
轉(zhuǎn)移特性曲線斜率gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制造用。 gm 的量綱為mA/V,所以gm也稱為跨導(dǎo)。
跨導(dǎo)的定義式如下:gm=△ID/△VGS|(單位mS)
2. Vds對(duì)溝道導(dǎo)電才能的控制
當(dāng)Vgs>Vgs(th),且固定為某一值時(shí),來(lái)剖析漏源電壓Vds對(duì)漏極電流ID的影響。Vds的不同變化對(duì)溝道的影響如圖所示。
依據(jù)此圖能夠有如下關(guān)系:
VDS=VDG+VGS= —VGD+VGSVGD=VGS—VDS
當(dāng)VDS為0或較小時(shí),相當(dāng)VGD>VGS(th),溝道呈斜線散布。在緊靠漏極處,溝道到達(dá)開(kāi)啟的水平以上,漏源之間有電流經(jīng)過(guò)。
當(dāng)VDS 增加到使VGD=VGS(th)時(shí),相當(dāng)于VDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開(kāi)啟的狀況,稱為預(yù)夾斷,此時(shí)的漏極電流ID根本飽和。
當(dāng)VDS增加到 VGD
當(dāng)VGS>VGS(th),且固定為某一值時(shí),VDS對(duì)ID的影響,即iD=f(vDS)|VGS=const這一關(guān)系曲線如圖02.16所示。
這一曲線稱為漏極輸出特性曲線。
1. 非飽和區(qū)非飽和區(qū)又稱可變電阻區(qū),是溝道未被預(yù)夾斷的工作區(qū)。由不等式VGS>VGS(th)、VDS
2.飽和區(qū)飽和區(qū)又稱放大區(qū),是溝道預(yù)夾斷后所對(duì)應(yīng)的工作區(qū)。由不等式VGS>VGS(th)、VDS>VGS-VGS(th) 限定。漏極電流表達(dá)式:
在這個(gè)工作區(qū)內(nèi),ID受VGS控制。思索厄爾利效應(yīng)的ID表達(dá)式:
3.截止區(qū)和亞閾區(qū)VGS
4.擊穿區(qū)當(dāng)VDS 增大到足以使漏區(qū)與襯底間PN結(jié)引發(fā)雪崩擊穿時(shí),ID疾速增加,管子進(jìn)入擊穿區(qū)。
P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管
在N型襯底中擴(kuò)散兩個(gè)P+區(qū),分別做為漏區(qū)和源區(qū),并在兩個(gè)P+之間的SiO2絕緣層上掩蓋柵極金屬層,就構(gòu)成了P溝道MOS管。
耗盡型MOS(DMOS)場(chǎng)效應(yīng)管
N 溝道耗盡型MOSFET的構(gòu)造和符號(hào)如圖3-5所示,它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)VGS=0時(shí),這些正離子曾經(jīng)感應(yīng)出反型層,構(gòu)成了溝道。于是,只需有漏源電壓,就有漏極電流存在。當(dāng)VGS>0時(shí),將使ID進(jìn)一步增加。VGS<0時(shí),隨著VGS的減小漏極電流逐步減小,直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號(hào)VGS(off)表示,有時(shí)也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線見(jiàn)圖所示。
N溝道耗盡型MOSFET的構(gòu)造和轉(zhuǎn)移特性曲線
P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完整相同,只不過(guò)導(dǎo)電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。這好像雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。
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