場(chǎng)效應(yīng)晶體管有二種結(jié)構(gòu)形式：

1.絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管又分增強(qiáng)型和耗盡型二類

2.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管----只有耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管在集成電路中被廣泛使用，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)分為增強(qiáng)型和耗盡型兩大類，每類中又有N溝道和P溝道之分。不象雙極型晶體管只有NPN和PNP兩類，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的種類要多一些。但是它們的工作原理基本相同，所以下面以增強(qiáng)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例來(lái)加以說(shuō)明。4.1MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理場(chǎng)效應(yīng)晶體管有二種結(jié)構(gòu)形式：4.1MO1

N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)見(jiàn)圖

4.1。其中：

D(Drain)為漏極，相當(dāng)c；

G(Gate)為柵極，相當(dāng)b；

S(Source)為源極，相當(dāng)e。

圖4.1

N溝道增強(qiáng)型

MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖（動(dòng)畫(huà)）

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分為

增強(qiáng)型

N溝道、P溝道

耗盡型

N溝道、P溝道

2

1N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)取一塊P型半導(dǎo)體作為襯底，用B表示。用氧化工藝生成一層SiO2

薄膜絕緣層。然后用光刻工藝腐蝕出兩個(gè)孔。擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)。從而形成兩個(gè)PN結(jié)。（綠色部分）從N型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極D，一個(gè)是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。

N溝道增強(qiáng)型MOSFET的符號(hào)如左圖所示。左面的一個(gè)襯底在內(nèi)部與源極相連，右面的一個(gè)沒(méi)有連接，使用時(shí)需要在外部連接。動(dòng)畫(huà)2-31N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)3

2N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理對(duì)N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)三極管的工作原理，分兩個(gè)方面進(jìn)行討論，一是柵源電壓UGS對(duì)溝道會(huì)產(chǎn)生影響，二是漏源電壓UDS也會(huì)對(duì)溝道產(chǎn)生影響，從而對(duì)輸出電流，即漏極電流ID產(chǎn)生影響。

1．柵源電壓UGS的控制作用先令漏源電壓UDS=0，加入柵源電壓UGS以后并不斷增加。

UGS帶給柵極正電荷，會(huì)將正對(duì)SiO2層的表面下的襯底中的空穴推走，從而形成一層負(fù)離子層，即耗盡層，用綠色的區(qū)域表示。同時(shí)會(huì)在柵極下的表層感生一定的電子電荷，若電子數(shù)量較多，從而在漏源之間可形成導(dǎo)電溝道。溝道中的電子和P型襯底的多子導(dǎo)電性質(zhì)相反，稱為反型層。此時(shí)若加上UDS

，就會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生。反型層

顯然改變UGS就會(huì)改變溝道，從而影響ID

，這說(shuō)明UGS對(duì)ID的控制作用。

當(dāng)UGS較小時(shí)，不能形成有效的溝道，盡管加有UDS

，也不能形成ID

。當(dāng)增加UGS，使ID剛剛出現(xiàn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的UGS稱為開(kāi)啟電壓，用UGS(th)或UT表示。動(dòng)畫(huà)2-42N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理對(duì)N4

2．漏源電壓UDS的控制作用設(shè)UGS＞UGS(th)，增加UDS，此時(shí)溝道的變化如下。顯然漏源電壓會(huì)對(duì)溝道產(chǎn)生影響，因?yàn)樵礃O和襯底相連接，所以加入U(xiǎn)DS后，UDS將沿漏到源逐漸降落在溝道內(nèi)，漏極和襯底之間反偏最大，PN結(jié)的寬度最大。所以加入U(xiǎn)DS后，在漏源之間會(huì)形成一個(gè)傾斜的PN結(jié)區(qū)，從而影響溝道的導(dǎo)電性。當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時(shí)，ID會(huì)不斷增加,同時(shí)，漏端的耗盡層上移，會(huì)在漏端出現(xiàn)夾斷，這種狀態(tài)稱為預(yù)夾斷。預(yù)夾斷當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時(shí)，漏端的耗盡層向源極伸展，此時(shí)ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夾斷區(qū)。動(dòng)畫(huà)2-52．漏源電壓UDS的控制作用設(shè)UGS5

3N溝道增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線

N溝道增強(qiáng)型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線有兩條，轉(zhuǎn)移特性曲線和漏極輸出特性曲線。1)轉(zhuǎn)移特性曲線

N溝道增強(qiáng)型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如左圖所示，它是說(shuō)明柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系，可用這個(gè)關(guān)系式來(lái)表達(dá)，這條特性曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。gm稱為跨導(dǎo)。這是場(chǎng)效應(yīng)三極管的一個(gè)重要參數(shù)。單位mS（mA/V）3N溝道增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線6

2)漏極輸出特性曲線

當(dāng)UGS＞UGS(th)，且固定為某一值時(shí)，反映UDS對(duì)ID的影響，即ID=f(UDS)

UGS=const這一關(guān)系曲線稱為漏極輸出特性曲線。場(chǎng)效應(yīng)三極管作為放大元件使用時(shí)，是工作在漏極輸出特性曲線水平段的恒流區(qū)，從曲線上可以看出UDS對(duì)ID的影響很小。但是改變UGS可以明顯改變漏極電流ID，這就意味著輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用。曲線分五個(gè)區(qū)域：（1）可變電阻區(qū)（2）恒流區(qū)（放大區(qū)）（3）截止區(qū)（4）擊穿區(qū)（5）過(guò)損耗區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)過(guò)損耗區(qū)2)漏極輸出特性曲線場(chǎng)效應(yīng)三極管作為7

從漏極輸出特性曲線可以得到轉(zhuǎn)移特性曲線，過(guò)程如下：從漏極輸出特性曲線可以得到轉(zhuǎn)移特性曲線，過(guò)程如下：8

4N溝道耗盡型MOSFET

N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如下圖所示，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了一定量的正離子。所以當(dāng)UGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感生出電子形成導(dǎo)電溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)UGS=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的漏極電流用IDSS表示。當(dāng)UGS＞0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。UGS＜0時(shí)，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號(hào)UGS(off)表示，有時(shí)也用UP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如右上圖所示。夾斷電壓IDSS4N溝道耗盡型MOSFETN溝道9

P溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)和

工作原理

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過(guò)導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。P溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)和

工作原理

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