1、場效應管有:結(jié)型場效應管JFET金屬-氧化物-半導體型場效應管MOSFET3.1 MOS場效應管場效應管MOS場效應管分： 增強型EMOS ，又分N管和P管耗盡型DMOS，又分N管和P管電路符號：P 溝道耗盡型P 溝道增強型N 溝道增強型N溝道耗盡型 N溝道增強型MOSFET基本上是一種左右對稱的拓撲結(jié)構(gòu)，它是在P型半導體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上覆蓋一層金屬鋁作為柵極G(目前多采用多晶硅)。P型半導體稱為襯底，用符號B表示。3.1.1 EMOS場效應管結(jié)構(gòu)場效應管結(jié)構(gòu) 通常情況下

2、，源極一般都與襯底極相連；正常工作時，作為源、漏區(qū)的兩個N+區(qū)與襯底之間的PN結(jié)必須外加反偏電壓。一、一、截止區(qū)與溝道形成截止區(qū)與溝道形成0GSvGS(th)GSVvGS(th)GSVvVGS(th): 開啟電壓，是開始形成反型層所需的vGS值。SiO2絕緣層越薄，兩個N+區(qū)的摻雜濃度越高，襯底摻雜濃度越低，VGS(th)越小。 3.1.2 EMOS場效應管工作原理場效應管工作原理(N溝道溝道) 二、二、vGSVGS(th)，0vDSVGS(th)，vDSvGSVGS(th) 柵極和溝道的壓差在近源端最大，在近漏端最小，vGDvGS-vDS ，因此溝道呈錐形分布，電流同時受vGS和vDS控制。

3、當 vDS=vGS-VGS(th)時，近漏端溝道夾斷。夾斷后，溝道長度幾乎不變，且vGAVGS(th)，vASvGS-VGS(th) ，溝道電流iD不再隨vDS的變化而變化，只受vGS控制。但若考慮溝道長度調(diào)制效應(夾斷點A會隨著vDS的增加而向源極移動)，當vGS 一定時，iD會隨著vDS的增加而略微增加。工作原理總結(jié)工作原理總結(jié)通過上面討論可以看到(ENMOS)：VGS(th)是溝道剛形成時所需的VGS，與N+和襯底的攙雜濃度,Gate下SiO2的厚度，溫度等因素有關；VGS控制MOS管的導電溝道深度， VGS越大，溝道越深，導電能力越強， VGS對溝道電流的控制是MOS管的主要受控作用，

4、也是實現(xiàn)放大器的基礎；VGS一定，滿足VGS VGS(th),在VDSVGS VGS(th) 時，夾斷點到的電壓不變，溝道長度和形狀幾乎不變，溝道電流也幾乎不變，但考慮溝道長度調(diào)制效應，則電流會有略微的上升；NMOS管是依靠多子電子一種載流子導電的，而晶體三極管中有多子和少子兩種載流子參與導電；MOS管是對稱器件, 源漏極可以互換。3.1.3 EMOS場效應特性場效應特性 一、一、伏安特性伏安特性 常數(shù)DS| )(GS1SDvvfi轉(zhuǎn)移特性曲線常數(shù)GS| )(DS2SDvvfi輸出特性曲線非飽和區(qū)：vGSVGS(th) 0vDSVGS(th) vDSvGSVGS(th) 截止區(qū)： iD=0擊穿

5、區(qū)： vDS過大引起雪崩擊穿和穿通擊穿，vGS過大引發(fā)柵極擊穿亞閾區(qū)：亞閾區(qū)：vGSVGS(th)時，iD不會突變到零，但其值很小(A量級)。通常將VGS(th)附近的很小區(qū)域(VGS(th)100mV)稱為亞閥區(qū)或弱反型層區(qū)。靜電保護：靜電保護：當帶電物體或人靠近金屬柵極時，瞬間產(chǎn)生過大的柵源電壓vGS，引發(fā)SiO2絕緣層擊穿，從而造成器件永久性損壞。為防止這種損壞，MOS集成電路的輸入級器件常常在其柵源極間接入兩只背靠背的穩(wěn)壓二極管，利用穩(wěn)壓管的擊穿特性，限制由感生電荷產(chǎn)生的vGS值。二、二、襯底效應襯底效應 某些MOS管的源極不能處在電路的最低電位上，則其源極與襯底不能相連，其間就會作用

6、著負值的電壓vBS ，P型硅襯底中的空間電荷區(qū)將向襯底底部擴展，VGS(th) 相應增大。因而，在vGS一定時，iD就減小?？梢?，vBS和vGS一樣，也具有對iD的控制作用，故又稱襯底電極為背柵極，不過它的控制作用遠比vGS小。 3.1.4 DMOS場效應管場效應管一、一、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 二、二、伏安特性伏安特性 (NDMOS)耗盡型MOS管在襯底表面擴散一薄層與襯底導電類型相反的摻雜區(qū)，作為漏、源區(qū)之間的導電溝道，vGS0時導電溝道已形成。N溝道DMOS的VGS(th) 0。二者伏安特性相似，僅是電壓極性和電流方向相反。 3.1.5 場效應管等效電路場效應管等效電路一、一、大信號模型大信號模型 )

7、(222DSDSGS(th)GSoxnDvvVvlWCiDSGS(th)GSoxnD)(vVvlWCi2GS(th)GSoxnD)(2VvlWCi)1 ()(2)1 ()(2DS2GS(th)GSoxnADS2GS(th)GSoxnDvVvlWCVvVvlWCi非飽和區(qū)：非飽和區(qū)： vDS很小，忽略二次項 飽和區(qū)：飽和區(qū)： vDS=vGSvGS(th) 計及溝道長度調(diào)制效應 MOS管看作電壓控制電流源：溝道長度調(diào)制系數(shù) 例例 在下圖所示N溝道EMOS管電路中，已知RG11.2 M，RG20.8 M，RS4 k，RD10 k，VDD20 V，管子參數(shù)為CoxW/(2l)0.25 mA/V2，VG

8、S(th)2 V，試求ID。 解解 (V) 88 . 02 . 18 . 020G2G1G2DDGRRRVV0GI 4DSDSIRIV2D2GS(th)GSoxnD)248(25. 0)(2IVVlWCI設MOS管工作在飽和區(qū) 16523602IIDDmA 1mA 25. 2D2D1II0 ,V9GSSVVV 6 V, 4DSGSVV，舍去mA 1DI二、二、小信號模型小信號模型 1飽和區(qū)小信號模型飽和區(qū)小信號模型 MOS管:三極管: 直流工作點電流改變相同量時，三 極 管 的 跨 導 變 化 比MOS管更快。在數(shù)值上，直流工作點電流相同時 ， 三 極 管 的 跨 導 變 化 比MOS管大。D

9、QmIgCQmIg計及溝道長度調(diào)制效應計及溝道長度調(diào)制效應QDDSdsivr與得到的結(jié)果一致考慮襯底效應：考慮襯底效應：mQbsDmbgvig表示為電壓控制電壓源：表示為電壓控制電壓源：dsmgsdsgsmrgvrvggmb為襯底跨導，也稱背柵跨導高頻小信號模型：高頻小信號模型：),32(OVoxgsLlWCCOVoxgdWLCCLOV是根據(jù)經(jīng)驗值推導得到的柵極與源極或漏極交疊長度。 gbC為柵極與襯底之間電容。sbdb,CC 分別是漏區(qū)與襯底和源區(qū)與襯底之間PN結(jié)的勢壘電容。當源極和襯底相連時，MOS管高頻小信號模型可以簡化為：源極和襯底相連gdgsmTCCgMOS管截止頻率：2非飽和區(qū)小信

10、號模型非飽和區(qū)小信號模型 )1( )1( |/1|GS(th)GSQoxnDSQGS(th)GSQoxnQDSDQDDSdsVVWClVVVWClviivr工作于非飽和區(qū)的MOS場效應管的低頻小信號模型等效為一個電阻 2oxgdgsWlCCC高頻小信號模型:n溝道溝道：襯底接最低電位， iD為電子電流， vDS0，vGS正向增加，iD增加；n溝道溝道：襯底接最高電位，iD為空穴電流， vDS0，vGS負向增加，iD增加。n二者的大信號和小信號等效模型相同；n目前，MOS器件一般采用BSIM3V3模型描述，適用于計算機仿真，該模型已成為一種工業(yè)標準。3.1.7 器件小結(jié)器件小結(jié)四種四種MOS管比

11、較管比較)(222DSDSGS(th)GSoxDvvVvlWCi2oxDGSGS(th)DS() (1)2C WivVvl3.3 場效應管應用原理場效應管應用原理3.3.1 有源電阻有源電阻注意區(qū)分有源電阻的直流電阻和交流電阻。2GS(th)GSOXnD)(2VvlWCi用有源電阻接成的分壓器： 22noxnox11GS(th)22GS(th)() ()() ()22CCWWVVVVll若兩管工藝參數(shù)相同，則 VVV12DDVVWlWlVWlWl2DD21GS(th)21(/ )(/ )(/ )(/ )113.3.2 MOS開關開關NMOS管工作在非飽和區(qū)，導通電阻：)(/GS(th)GSox

12、nonVvCWlR由于vGSvG-vI，vGS隨著vI的增大而減小，使Ron增大，當vGS接近VGS(th)時，Ron迅速增大。同理，若采用PMOS開關，Ron隨著vI的減小而增加。NMOS導通電阻CMOS開關導通電阻MOS開關應用舉例：開關電容電路開關應用舉例：開關電容電路iqTC vvT 12()S1和S2輪流導通，在一個時鐘周期內(nèi)從輸入端到輸出端的平均電流為該開關電容電路可等效為一個電阻RTCfC13.3.3 邏輯門電路邏輯門電路一、一、CMOS反相器反相器邏輯符號 電路二、二、CMOS或非門或非門 邏輯符號 電路三、三、CMOS與非門與非門 邏輯符號 電路四、四、CMOS傳輸門傳輸門 邏輯符號 電路五、鎖存器五、鎖存器 結(jié)構(gòu)圖 電路圖 器件部分小結(jié)半導體物理基礎知識半導體物理基礎知識了解了解：本征半導體 雜質(zhì)半導體 本征激發(fā) 摻雜 漂移、擴散 本征熱平衡載流子濃度 質(zhì)量作用定律 電中性方程 了解了解：PN結(jié)的形成 二極管特點 單向?qū)щ娦?掌握掌握：PN結(jié)的特性 V-I 擊穿 電容 溫度 開關 二極管模型二極管二極管三極管三極管 了解了解：三極管結(jié)構(gòu) 載流子傳輸 直流電流傳輸方程 掌握掌握：三電流間的近似