WM9713LGEFL/RV场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点,而且还有输人阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点,因而获得了广泛的应用,特别是MOSFET在大规模和超大规模集成电路中占有重要的地位。

场效应管的种类很多,按基本结构来分,主要有两大类:MOSFET和JFET。在MOSFET中,从导电载流子的带电极性来看,有N(电子型)沟道MOSFET和P(空穴型)沟道MOsFET;按照导电沟道形成机理不同,NMOs管和PMOS管又各有增强型(简称E型)和耗尽型(简称D型)两种。因此,MOS-FET有四种:E型NMOS管、D型NMOs管、E型PMOS管、D型PMOS管。

N沟道增强型MOSFET，结构，N沟道增强型MOSFET的结构、简图和代表符号分别如图5,1,1a、b和c所示。它以一块掺杂浓度较低、电阻率较高的P型硅半导体薄片作为衬底,利用扩散的方法在P型硅中形成两个高掺杂的N+区。然后在P型硅表面生长一层很薄的二氧化硅绝缘层,并在二氧化硅的表面及N+型区的表面上分别安置三个铝电极―栅极g、源极s和漏极d①,就成了N沟道增强型MOS管。场效应管的三个电极g、s和d,分别类似于BJT的基极b、射极e和集电极c。

由于栅极与源极、漏极均无电接触,故称绝缘栅极。图5.1.1c是N沟道增强型MOSFET的符号。箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道),图中垂直短画线代表沟道,短画线表明在未加适当栅压之前漏极与源极之间无导电沟道。

图5.1.1a中还标出了沟道长度l(一般为0.5~10 um)和宽度W(一般为0.5~50 um),L的典型值小于1 um,这说明MOSFET是一个很小的器件。而氧化物的厚度r。x的典型值在400天(0,4×10ˉ7m)数量级以内.

栅极、源极和漏极的英文全称分别为Gate、Source和Drain。

N沟道增强型MOSFET结构及符号(a)结构 (b)简图(纵剖面图) (c)电路符号

工作原理,ucs=0,没有导电沟道,在图5.1,2a中,当栅源短接(即栅源电压ocs=0)时,源区(N+型)、衬底(P型)和漏区(N+型)就形成两个背靠背的PN结,无论v Ds的极性如何,其中总有一个PN结是反偏的。如果源极s与衬底B相连且接电源‰D的负极,漏极接电源正极时,漏极和衬底间的PN结是反偏的,此时漏源之间的电阻的阻值很大,可高达1012Ω数量级,也就是说,d、s之间没有形成导电沟道,因此,JD=0。

pcs≥‰时,出现N型沟道,如图5.1.2b所示,当%s=0,若在栅源之间加上正向电压(栅极接正、源极接负),则栅极(铝层)和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容器,在正的栅源电压作用下,介质中便产生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型衬底的电场(由于绝缘层很薄,即使只有几伏的栅源电压29Gs,也可产生高达105~106Ⅴ/cm数量级的强电场),但不会产生ic。这个电场是排斥空穴而吸引电子的,因此,使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,留下不能移动的受主离子(负离子),形成耗尽层,同时P型衬底中的少子(电子)被吸引到栅极下的衬底表面。当正的栅源电压到达一定数值时,这些电子在栅极附近的P型硅表面便形成了一个N型薄层,称之为反型层,这个反型层实际上就组成了源、漏两极间的N型导电沟道。由于它是栅源正电压感应产生的,所以也称感生沟道(见图5.1.2b)。显然,栅源电压″cs的值愈大,则作用于半导体表面的电场就愈强,吸引到P型硅表面的电子就愈多,感生沟道将愈厚,沟道电阻的阻值将愈小。这种在1J cs=0时没有导电沟道,而必须依靠栅源电压的作用才形成感生沟道的FET称为增强型FET。图5.1.1c中的短画线即反映了增强型FET在T Gs=0时沟道是颐开的特点。

一旦出现了感生沟道,原来被P型衬底隔开的两个N+型区就被感生沟道连通了。因此,此时若有漏源电压rns,将有漏极电流idI产生。一般把在漏源电压二氧化B衬底引线N沟道增强型MOSFET的基本工作原理示意图(a)ocs=0时,没有导电沟道 (b)v cs≥yT时,出现N型沟道(c)ocs>VT.p Ds较小时,JD迅速增大(d)uGs>y1,uDs较大出现夹断时,jD趋于饱和.

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