WM9713LGEFL/RV場效應管是一種利用電場效應來控制其電流大小的半導體器件。這種器件不僅兼有體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點,而且還有輸人阻抗高、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優點,因而獲得了廣泛的應用,特別是MOSFET在大規模和超大規模集成電路中占有重要的地位。

場效應管的種類很多,按基本結構來分,主要有兩大類:MOSFET和JFET。在MOSFET中,從導電載流子的帶電極性來看,有N(電子型)溝道MOSFET和P(空穴型)溝道MOsFET;按照導電溝道形成機理不同,NMOs管和PMOS管又各有增強型(簡稱E型)和耗盡型(簡稱D型)兩種。因此,MOS-FET有四種:E型NMOS管、D型NMOs管、E型PMOS管、D型PMOS管。

N溝道增強型MOSFET，結構，N溝道增強型MOSFET的結構、簡圖和代表符號分別如圖5,1,1a、b和c所示。它以一塊摻雜濃度較低、電阻率較高的P型硅半導體薄片作為襯底,利用擴散的方法在P型硅中形成兩個高摻雜的N+區。然后在P型硅表面生長一層很薄的二氧化硅絕緣層,并在二氧化硅的表面及N+型區的表面上分別安置三個鋁電極―柵極g、源極s和漏極d①,就成了N溝道增強型MOS管。場效應管的三個電極g、s和d,分別類似于BJT的基極b、射極e和集電極c。

由于柵極與源極、漏極均無電接觸,故稱絕緣柵極。圖5.1.1c是N溝道增強型MOSFET的符號。箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道),圖中垂直短畫線代表溝道,短畫線表明在未加適當柵壓之前漏極與源極之間無導電溝道。

圖5.1.1a中還標出了溝道長度l(一般為0.5~10 um)和寬度W(一般為0.5~50 um),L的典型值小于1 um,這說明MOSFET是一個很小的器件。而氧化物的厚度r。x的典型值在400天(0,4×10ˉ7m)數量級以內.

柵極、源極和漏極的英文全稱分別為Gate、Source和Drain。

N溝道增強型MOSFET結構及符號(a)結構 (b)簡圖(縱剖面圖) (c)電路符號

工作原理,ucs=0,沒有導電溝道,在圖5.1,2a中,當柵源短接(即柵源電壓ocs=0)時,源區(N+型)、襯底(P型)和漏區(N+型)就形成兩個背靠背的PN結,無論v Ds的極性如何,其中總有一個PN結是反偏的。如果源極s與襯底B相連且接電源‰D的負極,漏極接電源正極時,漏極和襯底間的PN結是反偏的,此時漏源之間的電阻的阻值很大,可高達1012Ω數量級,也就是說,d、s之間沒有形成導電溝道,因此,JD=0。

pcs≥‰時,出現N型溝道,如圖5.1.2b所示,當%s=0,若在柵源之間加上正向電壓(柵極接正、源極接負),則柵極(鋁層)和P型硅片相當于以二氧化硅為介質的平板電容器,在正的柵源電壓作用下,介質中便產生了一個垂直于半導體表面的由柵極指向P型襯底的電場(由于絕緣層很薄,即使只有幾伏的柵源電壓29Gs,也可產生高達105~106Ⅴ/cm數量級的強電場),但不會產生ic。這個電場是排斥空穴而吸引電子的,因此,使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥,留下不能移動的受主離子(負離子),形成耗盡層,同時P型襯底中的少子(電子)被吸引到柵極下的襯底表面。當正的柵源電壓到達一定數值時,這些電子在柵極附近的P型硅表面便形成了一個N型薄層,稱之為反型層,這個反型層實際上就組成了源、漏兩極間的N型導電溝道。由于它是柵源正電壓感應產生的,所以也稱感生溝道(見圖5.1.2b)。顯然,柵源電壓″cs的值愈大,則作用于半導體表面的電場就愈強,吸引到P型硅表面的電子就愈多,感生溝道將愈厚,溝道電阻的阻值將愈小。這種在1J cs=0時沒有導電溝道,而必須依靠柵源電壓的作用才形成感生溝道的FET稱為增強型FET。圖5.1.1c中的短畫線即反映了增強型FET在T Gs=0時溝道是頤開的特點。

一旦出現了感生溝道,原來被P型襯底隔開的兩個N+型區就被感生溝道連通了。因此,此時若有漏源電壓rns,將有漏極電流idI產生。一般把在漏源電壓二氧化B襯底引線N溝道增強型MOSFET的基本工作原理示意圖(a)ocs=0時,沒有導電溝道 (b)v cs≥yT時,出現N型溝道(c)ocs>VT.p Ds較小時,JD迅速增大(d)uGs>y1,uDs較大出現夾斷時,jD趨于飽和.

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