MOS管
mos管
发表与 2006-2-6 9:12:17
线性电子电路教案
第三章 场效应管
知识要点：
场效应管原理、场效应管的小信号模型及其参数
场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。有n沟道器件和p沟道器件。有结型场效应三极管jfet(junction field effect transister)和绝缘栅型场效应三极管igfet( insulated gate field effect transister) 之分。igfet也称金属-氧化物-半导体三极管mosfet （metal oxide semiconductor fet）。 1.1
1.1.1
mos场效应管
mos场效应管有增强型（enhancement mos 或emos）和耗尽型(depletion)mos或dmos）两大类，每一类有n沟道和p沟道两种导电类型。场效应管有三个电极：
d(drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；
g(gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；
s(source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型mos(emos)场效应管
根据图3-1，n沟道增强型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，用符号b表示。
图3-1 n 沟道增强型emos管结构示意
一、工作原理
1．沟道形成原理
当vgs=0 v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0＜vgs＜vgs(th)时，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。
进一步增加vgs，当vgs＞vgs(th)时（ vgs(th) 称为开启电压），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
1
线性电子电路教案
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（inversion layer）。随着vgs的继续增加，id将不断增加。在vgs=0v时id=0，只有当vgs＞vgs(th)后才会出现漏极电流，这种mos管称为增强型mos管。
转移特性曲线的斜率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。
跨导的定义式如下： constds==vgsdvigmδδ (单位ms)
2． vds对沟道导电能力的控制
当vgs＞vgs(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3-2所示。根据此图可以有如下关系
vds=vdg＋vgs= —vgd＋vgs
vgd=vgs—vds
当vds为0或较小时，相当vgd＞vgs(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)、vdsvgs(th)、vds>vgs-vgs(th) 限定。漏极电流表达式： 2)th(gsgsoxnd)vv(l2wci−=μ
在这个工作区内，id受vgs控制。考虑厄尔利效应的id表达式： )v1()vv(l2wc)vv1()vv(l2wcids2)th(gsgsoxnads2)th(gsgsoxndλμμ+−=−−=
3．截止区和亚阈区
vgsvgs(th)
vdsvgs(off)、vdsvgs(off)、vds>vgs-vgs(off) 限定 2)off(gsgsdssd)vv1(ii−=
3． 截止区
vgs4． 击穿区
当vds增大到一定值v(br)ds时，漏极端pn结发生雪崩击穿而使id急剧增加区域。9
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发表与 2006-2-6 9:12:17
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场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。有n沟道器件和p沟道器件。有结型场效应三极管jfet(junction field effect transister)和绝缘栅型场效应三极管igfet( insulated gate field effect transister) 之分。igfet也称金属-氧化物-半导体三极管mosfet （metal oxide semiconductor fet）。 1.1
1.1.1
mos场效应管
mos场效应管有增强型（enhancement mos 或emos）和耗尽型(depletion)mos或dmos）两大类，每一类有n沟道和p沟道两种导电类型。场效应管有三个电极：
d(drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；
g(gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；
s(source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型mos(emos)场效应管
根据图3-1，n沟道增强型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，用符号b表示。
图3-1 n 沟道增强型emos管结构示意
一、工作原理
1．沟道形成原理
当vgs=0 v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0＜vgs＜vgs(th)时，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。
进一步增加vgs，当vgs＞vgs(th)时（ vgs(th) 称为开启电压），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
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转移特性曲线的斜率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。
跨导的定义式如下： constds==vgsdvigmδδ (单位ms)
2． vds对沟道导电能力的控制
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vds=vdg＋vgs= —vgd＋vgs
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vgsvgs(th)
vdsvgs(off)、vdsvgs(off)、vds>vgs-vgs(off) 限定 2)off(gsgsdssd)vv1(ii−=
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