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MOSFET結(jié)構(gòu)及工作原理

作者: 時間:2013-02-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管,簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的極性不同,可分為n-type與p-type的MOSFET,通常又稱為NMOSFET與PMOSFET,其他簡稱尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175578.htm

結(jié)構(gòu)

圖1是典型平面N溝道增強型MOSFET的剖面圖。它用一塊P型硅半導(dǎo)體材料作襯底(圖la),在其面上擴散了兩個N型區(qū)(圖lb),再在上面覆蓋一層二氧化硅(SiO2)絕緣層(圖1c),最后在N區(qū)上方用腐蝕的方法做成兩個孔,用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個孔內(nèi)做成三個電極:G(柵極)、S(源極)及D(漏極),如圖1d所示。

平面N溝道增強型MOSFET

平面N溝道增強型MOSFET從圖1中可以看出柵極G與漏極D及源極S是絕緣的,D與S之間有兩個PN結(jié)。一般情況下,襯底與源極在內(nèi)部連接在一起。

圖3是N溝道增強型MOSFET的基本結(jié)構(gòu)圖。為了改善某些參數(shù)的特性,如提高工作電流、提高工作電壓、降低導(dǎo)通電阻、提高開關(guān)特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝,構(gòu)成所謂VMOS、DMOS、TMOS等結(jié)構(gòu)。圖2是一種N溝道增強型功率MOSFET的結(jié)構(gòu)圖。雖然有不同的結(jié)構(gòu),但其工作原理是相同的,這里就不一一介紹了。

工作原理

要使增強型N溝道MOSFET工作,要在G、S之間加正電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS,則產(chǎn)生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。如圖3所示(上面↑)。

若先不接VGS(即VGS=0),在D與S極之間加一正電壓VDS,漏極D與襯底之間的PN結(jié)處于反向,因此漏源之間不能導(dǎo)電。如果在柵極G與源極S之間加一電壓VGS。此時可以將柵極與襯底看作電容器的兩個極板,而氧化物絕緣層作為電容器的介質(zhì)。當(dāng)加上VGS時,在絕緣層和柵極界面上感應(yīng)出正電荷,而在絕緣層和P型襯底界面上感應(yīng)出負電荷(如圖3)。這層感應(yīng)的負電荷和P型襯底中的多數(shù)載流子(空穴)的極性相反,所以稱為“反型層”,這反型層有可能將漏與源的兩N型區(qū)連接起來形成導(dǎo)電溝道。當(dāng)VGS電壓太低時,感應(yīng)出來的負電荷較少,它將被P型襯底中的空穴中和,因此在這種情況時,漏源之間仍然無電流ID。當(dāng)VGS增加到一定值時,其感應(yīng)的負電荷把兩個分離的N區(qū)溝通形成N溝道,這個臨界電壓稱為開啟電壓(或稱閾值電壓、門限電壓),用符號VT表示(一般規(guī)定在ID=10uA時的VGS作為VT)。當(dāng)VGS繼續(xù)增大,負電荷增加,導(dǎo)電溝道擴大,電阻降低,ID也隨之增加,并且呈較好線性關(guān)系,如圖4所示。此曲線稱為轉(zhuǎn)換特性。因此在一定范圍內(nèi)可以認為,改變VGS來控制漏源之間的電阻,達到控制ID的作用。

蘇州工職院機電07C3-CZW-手打

蘇州工職院機電07C3-CZW-手打由于這種結(jié)構(gòu)在VGS=0時,ID=0,稱這種MOSFET為增強型。另一類MOSFET,在VGS=0時也有一定的ID(稱為IDSS),這種MOSFET稱為耗盡型。它的結(jié)構(gòu)如圖5所示,它的轉(zhuǎn)移特性如圖6所示。VP為夾斷電壓(ID=0)。

耗盡型與增強型主要區(qū)別是在制造SiO2絕緣層中有大量的正離子,使在P型襯底的界面上感應(yīng)出較多的負電荷,即在兩個N型區(qū)中間的P型硅內(nèi)形成一N型硅薄層而形成一導(dǎo)電溝道,所以在VGS=0時,有VDS作用時也有一定的ID(IDSS);當(dāng)VGS有電壓時(可以是正電壓或負電壓),改變感應(yīng)的負電荷數(shù)量,從而改變ID的大小。VP為ID=0時的-VGS,稱為夾斷電壓。



關(guān)鍵詞: mosfet 場效應(yīng)管

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