MOS管知识-细说MOS管晶体管增强型知识（图文详解）

根(gen)据导电(dian)方式(shi)的(de)不同，MOSFET又分(fen)增(zeng)强(qiang)(qiang)型、耗尽型。所(suo)谓增(zeng)强(qiang)(qiang)型是指(zhi)：当VGS=0时管子(zi)是呈截止状(zhuang)态，加上(shang)正确的(de)VGS后，多(duo)数载流子(zi)被吸引到栅(zha)极，从而“增(zeng)强(qiang)(qiang)”了该区(qu)域的(de)载流子(zi)，形成导电(dian)沟(gou)道(dao)。

N沟道增(zeng)强型MOSFET基本(ben)上(shang)是(shi)一种左右对称的拓扑(pu)结构，它(ta)是(shi)在P型半导体上(shang)生成一层(ceng)(ceng)SiO2 薄膜绝(jue)缘层(ceng)(ceng)，然后用(yong)光刻(ke)工(gong)艺扩散两个高(gao)掺(chan)杂的N型区(qu)，从N型区(qu)引出电(dian)极(ji)(ji)(ji)，一个是(shi)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)D，一个是(shi)源极(ji)(ji)(ji)S。在源极(ji)(ji)(ji)和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)之间(jian)的绝(jue)缘层(ceng)(ceng)上(shang)镀一层(ceng)(ceng)金属铝作(zuo)为栅极(ji)(ji)(ji)G。

当(dang)VGS＝0 V时，漏(lou)源之(zhi)间(jian)(jian)相当(dang)两个背(bei)靠背(bei)的二(er)极(ji)管(guan)，在D、S之(zhi)间(jian)(jian)加上(shang)电压不会在D、S间(jian)(jian)形成(cheng)电流。

当栅极(ji)加有(you)电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极(ji)和(he)衬(chen)底间形(xing)成的(de)(de)电容电场作(zuo)用(yong)，将(jiang)靠近栅极(ji)下(xia)方的(de)(de)P型半导(dao)体(ti)中的(de)(de)多子(zi)空穴(xue)向下(xia)方排斥，出现了(le)一薄层负(fu)离子(zi)的(de)(de)耗尽层；同时将(jiang)吸(xi)引其(qi)中的(de)(de)少子(zi)向表层运动(dong)，但数量有(you)限，不足(zu)以(yi)(yi)形(xing)成导(dao)电沟道，将(jiang)漏(lou)极(ji)和(he)源极(ji)沟通，所以(yi)(yi)仍然不足(zu)以(yi)(yi)形(xing)成漏(lou)极(ji)电流ID。

进一(yi)步(bu)增(zeng)加VGS，当VGS＞VGS(th)时(shi)（ VGS(th)称为开启电(dian)(dian)压），由于此(ci)(ci)时(shi)的(de)(de)(de)(de)栅极(ji)电(dian)(dian)压已经比较(jiao)强，在(zai)靠近栅极(ji)下(xia)方的(de)(de)(de)(de)P型(xing)(xing)半导(dao)体(ti)表层中(zhong)聚集较(jiao)多的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)子(zi)，可以(yi)形(xing)(xing)成(cheng)沟(gou)道(dao)，将(jiang)漏极(ji)和源极(ji)沟(gou)通。如(ru)果此(ci)(ci)时(shi)加有(you)漏源电(dian)(dian)压，就(jiu)可以(yi)形(xing)(xing)成(cheng)漏极(ji)电(dian)(dian)流ID。在(zai)栅极(ji)下(xia)方形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)导(dao)电(dian)(dian)沟(gou)道(dao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)子(zi)，因与P型(xing)(xing)半导(dao)体(ti)的(de)(de)(de)(de)载流子(zi)空穴极(ji)性相(xiang)反,故称为反型(xing)(xing)层。随着VGS的(de)(de)(de)(de)继续增(zeng)加,ID将(jiang)不断增(zeng)加。在(zai)VGS＝0V时(shi)ID＝0，只有(you)当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极(ji)电(dian)(dian)流，所以(yi),这(zhei)种MOS管称为增(zeng)强型(xing)(xing)MOS管。

VGS对(dui)漏(lou)极电流的控制(zhi)关系(xi)可用iD＝f(VGS(th))|VDS=const这(zhei)一曲(qu)线描述，称为转移特性曲(qu)线，见图1.。

转(zhuan)移(yi)特性曲线的斜率gm的大小反映了(le)栅源电(dian)压对(dui)漏(lou)极电(dian)流的控制作(zuo)用。 gm的量(liang)纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导。

图(tu)2—54（a）为(wei)(wei)N沟(gou)道(dao)增强型(xing)(xing)MOSFET的(de)结构示意图(tu)，其(qi)电(dian)路(lu)符号(hao)如图(tu)2—54（b）所(suo)示。它是(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)(yi)块掺(chan)杂(za)浓度(du)(du)(du)较低的(de)P型(xing)(xing)硅(gui)片作(zuo)为(wei)(wei)衬底(di)(di)，利用(yong)(yong)(yong)扩(kuo)散工艺(yi)在衬底(di)(di)上(shang)扩(kuo)散两个高(gao)掺(chan)杂(za)浓度(du)(du)(du)的(de)N型(xing)(xing)区(qu)(qu)（用(yong)(yong)(yong)N+表(biao)示），并(bing)在此N型(xing)(xing)区(qu)(qu)上(shang)引出(chu)两个欧(ou)姆接触(chu)电(dian)极(ji)，分别称(cheng)(cheng)为(wei)(wei)源极(ji)（用(yong)(yong)(yong)S表(biao)示）和漏极(ji)（用(yong)(yong)(yong)D表(biao)示）。在源区(qu)(qu)、漏区(qu)(qu)之间的(de)衬底(di)(di)表(biao)面覆盖一(yi)(yi)层(ceng)二氧(yang)化硅(gui)（SiO2）绝缘(yuan)层(ceng)，在此绝缘(yuan)层(ceng)上(shang)沉积出(chu)金属(shu)铝层(ceng)并(bing)引出(chu)电(dian)极(ji)作(zuo)为(wei)(wei)栅极(ji)（用(yong)(yong)(yong)G表(biao)示）。从衬底(di)(di)引出(chu)一(yi)(yi)个欧(ou)姆接触(chu)电(dian)极(ji)称(cheng)(cheng)为(wei)(wei)衬底(di)(di)电(dian)极(ji)（用(yong)(yong)(yong)B表(biao)示）。由于栅极(ji)与其(qi)它电(dian)极(ji)之间是(shi)相互绝缘(yuan)的(de)，所(suo)以称(cheng)(cheng)它为(wei)(wei)绝缘(yuan)栅型(xing)(xing)场效应管。图(tu)2—54（a）中的(de)L为(wei)(wei)沟(gou)道(dao)长度(du)(du)(du)，W为(wei)(wei)沟(gou)道(dao)宽度(du)(du)(du)。

图2—54所示(shi)的(de)(de)MOSFET，当栅极(ji)G和源极(ji)S之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)不(bu)加任何(he)电(dian)压(ya)，即(ji)UGS=0时,由(you)于(yu)(yu)漏(lou)极(ji)和源极(ji)两(liang)个N+型区之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)隔有(you)P型衬底(di)，相当于(yu)(yu)两(liang)个背(bei)靠背(bei)连(lian)接的(de)(de)PN结，它(ta)们之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)的(de)(de)电(dian)阻高达1012W的(de)(de)数(shu)量级，也就(jiu)是说D、S之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)不(bu)具备(bei)导(dao)电(dian)的(de)(de)沟道(dao)，所以无论漏(lou)、源极(ji)之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)加何(he)种(zhong)极(ji)性的(de)(de)电(dian)压(ya)，都不(bu)会产生(sheng)漏(lou)极(ji)电(dian)流ID。

当(dang)将(jiang)(jiang)衬底(di)(di)B与源(yuan)(yuan)极S短(duan)接，在(zai)栅(zha)极G和源(yuan)(yuan)极S之间加正(zheng)电(dian)(dian)压，即(ji)UGS﹥0时,如(ru)图2—55（a）所示(shi)，则在(zai)栅(zha)极与衬底(di)(di)之间产生一(yi)个(ge)(ge)由栅(zha)极指(zhi)向(xiang)衬底(di)(di)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)场(chang)。在(zai)这(zhei)个(ge)(ge)电(dian)(dian)场(chang)的(de)(de)(de)作用下(xia)，P衬底(di)(di)表(biao)(biao)面附近(jin)的(de)(de)(de)空(kong)穴受到(dao)排(pai)斥(chi)将(jiang)(jiang)向(xiang)下(xia)方运动，电(dian)(dian)子(zi)(zi)受电(dian)(dian)场(chang)的(de)(de)(de)吸引(yin)向(xiang)衬底(di)(di)表(biao)(biao)面运动，与衬底(di)(di)表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)空(kong)穴复合，形成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)一(yi)层(ceng)耗尽层(ceng)。如(ru)果进一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)UGS电(dian)(dian)压，使UGS达到(dao)某(mou)一(yi)电(dian)(dian)压UT时，P衬底(di)(di)表(biao)(biao)面层(ceng)中空(kong)穴全(quan)部(bu)被(bei)排(pai)斥(chi)和耗尽，而(er)(er)自由电(dian)(dian)子(zi)(zi)大量地(di)被(bei)吸引(yin)到(dao)表(biao)(biao)面层(ceng)，由量变到(dao)质变，使表(biao)(biao)面层(ceng)变成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)自由电(dian)(dian)子(zi)(zi)为多(duo)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)N型(xing)层(ceng)，称(cheng)为“反(fan)型(xing)层(ceng)”，如(ru)图2—55（b）所示(shi)。反(fan)型(xing)层(ceng)将(jiang)(jiang)漏极D和源(yuan)(yuan)极S两(liang)个(ge)(ge)N+型(xing)区相连通，构成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)漏、源(yuan)(yuan)极之间的(de)(de)(de)N型(xing)导(dao)(dao)电(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)。把开始形成(cheng)(cheng)(cheng)导(dao)(dao)电(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)所需的(de)(de)(de)UGS值称(cheng)为阈值电(dian)(dian)压或开启电(dian)(dian)压，用UT表(biao)(biao)示(shi)。显(xian)然，只有(you)UGS﹥UT时才有(you)沟(gou)道(dao)(dao)，而(er)(er)且UGS越大，沟(gou)道(dao)(dao)越厚，沟(gou)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)导(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻越小，导(dao)(dao)电(dian)(dian)能力越强(qiang)。这(zhei)就是为什么把它(ta)称(cheng)为增强(qiang)型(xing)的(de)(de)(de)缘故。

在(zai)UGS﹥UT的条件下，如(ru)果在(zai)漏(lou)极(ji)D和源极(ji)S之间(jian)加上正电压(ya)(ya)UDS，导电沟(gou)(gou)(gou)道(dao)就(jiu)会有电流流通(tong)。漏(lou)极(ji)电流由漏(lou)区(qu)流向源区(qu)，因为沟(gou)(gou)(gou)道(dao)有一定的电阻(zu)，所以沿着沟(gou)(gou)(gou)道(dao)产生电压(ya)(ya)降，使沟(gou)(gou)(gou)道(dao)各点的电位(wei)沿沟(gou)(gou)(gou)道(dao)由漏(lou)区(qu)到源区(qu)逐渐(jian)减小，靠近漏(lou)区(qu)一端(duan)的电压(ya)(ya)UGD最(zui)小，其值为UGD=UGS－UDS,相应的沟(gou)(gou)(gou)道(dao)最(zui)薄(bo)；靠近源区(qu)一端(duan)的电压(ya)(ya)最(zui)大(da)，等于UGS,相应的沟(gou)(gou)(gou)道(dao)最(zui)厚。这样就(jiu)使得沟(gou)(gou)(gou)道(dao)厚度(du)不再是均(jun)匀(yun)的，整个(ge)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)呈倾斜状。随着UDS的增大(da)，靠近漏(lou)区(qu)一端(duan)的沟(gou)(gou)(gou)道(dao)越来越薄(bo)。

当UDS增大到某(mou)一临界值，使UGD≤UT时(shi)(shi)，漏(lou)端的沟(gou)道消失(shi)，只剩下耗尽层，把(ba)这(zhei)种情况(kuang)称为沟(gou)道“预夹(jia)(jia)(jia)断”，如图2—56（a）所示(shi)。继(ji)续增大UDS(即UDS＞UGS－UT)，夹(jia)(jia)(jia)断点(dian)向源极(ji)方(fang)向移(yi)(yi)动，如图2—56（b）所示(shi)。尽管夹(jia)(jia)(jia)断点(dian)在(zai)移(yi)(yi)动，但(dan)沟(gou)道区（源极(ji)S到夹(jia)(jia)(jia)断点(dian)）的电压降保(bao)持不变，仍等于UGS－UT。因(yin)此,UDS多(duo)余部(bu)分电压[UDS－(UGS－UT)]全部(bu)降到夹(jia)(jia)(jia)断区上，在(zai)夹(jia)(jia)(jia)断区内形(xing)成较(jiao)强的电场。这(zhei)时(shi)(shi)电子(zi)沿沟(gou)道从源极(ji)流向夹(jia)(jia)(jia)断区，当电子(zi)到达(da)夹(jia)(jia)(jia)断区边缘时(shi)(shi)，受夹(jia)(jia)(jia)断区强电场的作(zuo)用，会很(hen)快(kuai)的漂移(yi)(yi)到漏(lou)极(ji)。

联系方式(shi)：邹先(xian)生

联(lian)系电话：0755-83888366-8022

手(shou)机：18123972950

QQ：2880195519

联(lian)系(xi)地址：深圳(zhen)市福(fu)田区车(che)公庙天(tian)安数码城天(tian)吉大厦CD座5C1

请搜微信(xin)(xin)公众号:“KIA半导体”或扫(sao)(sao)一扫(sao)(sao)下图“关(guan)注”官(guan)方微信(xin)(xin)公众号

请“关注”官方微信公众号:提(ti)供 MOS管 技术帮(bang)助(zhu)