6场效应晶体管-MOSFET
场效应晶体管
aN沟道增强型MOS管 （1OS管的结构示意图及符号
把一块掺杂浓度较低 的P型半导体作为衬底， 然后在其表面上覆盖一层 SiO2的绝缘层，再在SiO2 层上刻出两个窗口，通过 扩散工艺形成两个高掺杂 的N型区(用N+表示)，并 在N+区和SiO2的表面各自 喷上一层金属铝，分别引 出源极、漏极和控制栅极。 衬底上也引出一根引线， 通常情况下将它和源极在 内部相连。
（2）工作原理 当UDS>0时，将产生较大的漏极电流ID。如果使UGS<0，则它将 削弱正离子所形成的电场，使N沟道变窄，从而使ID减小。当UGS 更负，达到某一数值时沟道消失，ID=0。使ID=0的UGS我们也称为 夹断电压，仍用UGS(off)表示。UGS<UGS(off)沟道消失，称为耗尽型。 4 场效应晶体管的主要参数 a直流参数 （1）开启电压UGS(th) 开启电压是增强型绝缘栅场效应晶体管的参数，栅源电压小 于开启电压的绝对值，场效应晶体管不能导通。 （2）夹断电压UGS(off) 夹断电压是耗尽型场效应晶体管的参数，当UGS=UGS(off) 时， 漏极电流为零。
（3）饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应晶体管，当UGS =0时所对应的漏极电流。 （4）直流输入电阻RGS(DC) 场效应晶体管的栅—源电压与栅极电流之比。对于结型场效 应晶体管，反偏时RGS(DC) 略大于107Ω ，对于绝缘栅型场型效应 晶体管，RGS(DC) 约为109～1015Ω 。 b交流参数 （1）低频跨导gm 低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。
bN沟道耗尽型MOS管 （1） 结构 耗尽型MOS管，是在制 造过程中，预先在SiO2绝缘 层中掺入大量的正离子， 因此，在UGS=0时，这些正 离子产生的电场也能在P型 衬底中“感应”出足够的 电子，形成N型导电沟道， 如图所示。 衬底通常在内部与源 极相连。
场效应管和mos管的区别
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。
mosfet的基本参数
mosfet的基本参数MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的场效应晶体管，广泛应用于电子设备中。
它具有许多基本参数，这些参数对于了解和设计电路至关重要。
本文将重点介绍MOSFET的基本参数，包括漏极电流、漏极电压、栅极电流、栅极电压和沟道电阻。
1. 漏极电流（ID）：漏极电流是MOSFET中最基本的参数之一，它表示通过漏极的电流。
漏极电流的大小取决于栅极电压和漏极电压之间的差异，以及MOSFET的结构和工作状态。
漏极电流可以通过控制栅极电压来调节，从而实现对MOSFET的控制。
2. 漏极电压（VDS）：漏极电压是MOSFET的另一个重要参数，它表示在漏极和源极之间的电压。
漏极电压的大小对MOSFET的工作状态和性能具有重要影响。
当漏极电压超过一定值时，MOSFET将进入饱和区，此时漏极电流基本保持不变。
如果漏极电压进一步增加，MOSFET将进入截止区，漏极电流将急剧减小。
3. 栅极电流（IG）：栅极电流是通过栅极的电流，它对MOSFET的控制起着重要作用。
栅极电流的大小取决于输入信号的特性以及MOSFET的工作状态。
通过控制栅极电流的大小，可以调节MOSFET的导通能力和开关速度。
4. 栅极电压（VGS）：栅极电压是MOSFET的另一个关键参数，它表示栅极与源极之间的电压。
栅极电压的变化可以改变MOSFET的导通能力和截止状态。
当栅极电压超过一定值时，MOSFET将开始导通，形成一个通路。
如果栅极电压低于一定值，MOSFET将截止，电流无法通过。
5. 沟道电阻（RDS(on)）：沟道电阻是MOSFET的内部电阻，它表示MOSFET导通状态下沟道的电阻大小。
沟道电阻的大小对于MOSFET的导通能力和功耗具有重要影响。
较小的沟道电阻意味着更好的导通性能和更低的功耗。
MOSFET的基本参数包括漏极电流、漏极电压、栅极电流、栅极电压和沟道电阻。
这些参数对于设计和控制电路至关重要，可以通过调节栅极电压和栅极电流来改变MOSFET的工作状态和性能。
mosfet的主要参数
mosfet的主要参数MOSFET的主要参数MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备中。
在选择和使用MOSFET时，了解其主要参数是非常重要的。
本文将介绍MOSFET的主要参数，并解释其在电路设计中的作用。
1. 阈值电压（Vth）：阈值电压是指MOSFET在控制端（Gate）和源极（Source）之间的电压，当该电压超过阈值电压时，MOSFET将开始导通。
阈值电压是决定MOSFET导通和截止的重要参数，对于控制MOSFET的开关特性非常关键。
2. 最大漏极电流（Idmax）：最大漏极电流是指MOSFET在导通状态下能够承受的最大漏极电流。
超过这个电流，MOSFET可能会受损或过载。
根据所需的电流要求，选择具有足够大的最大漏极电流的MOSFET是非常重要的。
3. 最大漏极-源极电压（Vdsmax）：最大漏极-源极电压是指MOSFET可以承受的最大漏极-源极电压。
超过这个电压，MOSFET可能会被击穿而损坏。
在选择MOSFET 时，应考虑所需的工作电压范围，并选择具有足够高的最大漏极-源极电压的器件。
4. 开启电阻（Rds(on)）：开启电阻是指MOSFET在导通状态下的电阻值。
它是决定MOSFET导通时功耗和效率的重要参数。
开启电阻越小，MOSFET 导通时的功耗就越低，效率就越高。
因此，在功率开关电路中，选择具有较小开启电阻的MOSFET可以提高系统的效率。
5. 共源极电容（Coss）：共源极电容是指MOSFET的源极与栅极之间的电容。
它是影响MOSFET开关速度和开关损耗的重要参数。
较大的共源极电容会导致更长的开关时间和更高的开关损耗。
因此，在高频应用中，选择具有较小共源极电容的MOSFET可以提高系统的性能。
6. 输出电容（Cout）：输出电容是指MOSFET的漏极与源极之间的电容。
它是影响MOSFET开关速度和开关损耗的另一个重要参数。
较大的输出电容会导致更长的开关时间和更高的开关损耗。
六种场效应管
六种场效应管场效应管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种非常重要的电子器件，它能够通过控制输入电场来调节输出电流。
场效应管分为MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）和JFET（结型场效应管）两大类，每类中又分为增强型和耗尽型。
第一种场效应管是N沟道增强型MOSFET（N-Channel Enhanced MOSFET）。
N沟道增强型MOSFET是一种双极性器件，其栅极和漏极之间的电场控制输出电流。
当栅极电压为正值时，它吸引正极性的载流子，导致漏极电流增加。
N沟道增强型MOSFET通常用于低功率应用，如放大器和开关电路。
第二种场效应管是N沟道耗尽型MOSFET（N-Channel Depletion MOSFET）。
N沟道耗尽型MOSFET的工作原理与N沟道增强型MOSFET类似，但是它的栅极电压为0伏时有输出漏极电流，因此被称为耗尽型。
N沟道耗尽型MOSFET通常用于特定应用，如电压参考电路和电流源。
第三种场效应管是P沟道增强型MOSFET（P-Channel Enhanced MOSFET）。
P沟道增强型MOSFET与N沟道增强型MOSFET原理相同，但是它使用了P型半导体材料。
当栅极电压为负值时，它吸引负极性的载流子，导致漏极电流增加。
P沟道增强型MOSFET通常用于低功率应用和负电压电路。
第四种场效应管是P沟道耗尽型MOSFET（P-Channel Depletion MOSFET）。
P沟道耗尽型MOSFET与P沟道增强型MOSFET原理相同，只是栅极电压为0伏时有输出漏极电流。
P沟道耗尽型MOSFET通常用于特定应用，如负电压参考电路和负电流源。
第五种场效应管是结型场效应管（Junction Field-Effect Transistor，简称JFET）。
JFET是一种单极性器件，通过控制栅源电压来调节输出电流。
JFET分为N沟道和P沟道两种类型，其工作原理均基于P-N结的特性。
场效应晶体管参数
场效应晶体管参数
场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端器件，常见的有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅场效应晶体管（IGFET，包括MOSFET的一种）。
以下是场效应晶体管的一些重要参数：
1.栅极-源极电压（Vgs）：栅极与源极之间的电压，它控制了场效应晶体管的导电状态。
2.漏极-源极电压（Vds）：漏极与源极之间的电压，决定了场效应晶体管的工作区域，包括饱和区和截止区。
3.漏极电流（Id）：从漏极到源极的电流，是场效应晶体管的输出电流，由Vgs和Vds 决定。
4.栅源电流（Igs）：流入或流出栅极的电流。
5.漏极电阻（Rd）：在特定工作点下，漏极电流和漏极-源极电压之间的比值。
6.跨导（Transconductance，gm）：栅极-源极电压变化引起的漏极电流变化的比率。
7.截止电压（Vth）：在栅极-源极电压为零时，漏极电流等于零的电压。
8.饱和电压（Vsat）：在工作区域为饱和时，漏极-源极电压的最小值。
9.电流增益（β）：漏极电流与栅源电流的比值。
10.输入电容（Ciss）：输入端（栅极）与输出端（漏极和源极）之间的总电容。
这些参数在设计和分析场效应晶体管电路时非常重要，工程师们使用它们来确定器件的性能和适用范围。
不同类型的场效应晶体管会有一些额外或不同的参数，具体取决于器件的结构和工作原理。
MOSFET_MOS管特性参数的理解
MOSFET_MOS管特性参数的理解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，具有较高的性能和功耗优势。
了解MOSFET的特性参数对于设计和应用电子电路至关重要。
下面将从基本结构、特性参数和其理解等方面进行详细阐述。
MOSFET 的基本结构如下：它由源极、漏极、栅极和底座四个引脚组成，其中源极(source)和漏极(drain)与半导体结成二极管，栅极(gate)则是介质氧化铝上的金属引脚。
其中金属层和介质氧化铝之间的结构形成了场效应管，因此被称为MOS管。
接下来是几个关键的特性参数：1. 阈值电压：阈值电压（Threshold Voltage，简称Vth）是MOSFET 的一个重要参数，它表示了在栅极和漏极之间形成导电路径的最低电压。
当栅极电压高于Vth 时，MOSFET 开始工作并形成导通通道。
2. 饱和电流：饱和电流（Saturation Current，简称Isat）是指在MOSFET 处于饱和工作区时的漏极电流，也称为最大漏极电流。
在饱和区，漏极电流与栅极电压成非线性关系。
3. 输出电导：输出电导（Output Conductance，简称gds）表示了MOSFET 在饱和状态时，输出电流变化对栅极漏极电压的敏感程度。
较高的输出电导意味着MOSFET 在饱和区的输出电流更敏感，从而使其在放大器等应用中更可靠。
4. 线性区增益：线性区增益（Linear Region Gain，简称gm）表示MOSFET 在线性工作区时，输入阻抗和输出阻抗间的关系。
该参数也可以用来衡量MOSFET 对输入信号的放大能力。
5. 输出电容：输出电容（Output Capacitance，简称Coss）表示栅极和漏极之间的电容。
这个电容会导致MOSFET 在高频应用中的频率响应减弱，影响其性能。
以上只是几个主要的特性参数，实际上MOSFET 还有很多其他的参数，如输入电容（Input Capacitance）、迁移率（Mobility）、开启延迟（Turn-on Delay）和反向转移电容（Reverse Transfer Capacitance）等。
MOSFET工作原理
MOSFET工作原理MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种重要的电子器件，广泛应用于现代电子技术中。
它的工作原理是基于半导体材料中的电子和空穴的运动，通过控制栅极电压来调节导电能力。
本文将介绍MOSFET的工作原理，并探讨其在电子领域中的应用。
MOSFET的基本结构由源极、漏极和栅极组成。
源极和漏极之间的区域称为沟道，沟道中的电子和空穴的运动决定了MOSFET的导电能力。
栅极位于沟道上方，通过调节栅极电压可以改变沟道中的电荷密度，从而控制电流的流动。
当栅极电压为零时，MOSFET处于截止状态，沟道中没有电荷，电流无法通过。
当栅极电压为正值时，栅极和沟道之间形成正电荷，吸引电子进入沟道，形成导电通道。
这种状态称为增强型MOSFET，因为栅极电压增强了导电能力。
另一种情况是当栅极电压为负值时，栅极和沟道之间形成负电荷，排斥电子进入沟道，导致沟道中没有电子，也无法形成导电通道。
这种状态称为耗尽型MOSFET，因为栅极电压使得导电能力减弱。
MOSFET的工作原理可以通过场效应来解释。
栅极电场对沟道中的电子和空穴施加力，改变它们的能量。
当栅极电压为正值时，电子被吸引到沟道，形成导电通道。
当栅极电压为负值时，电子被排斥，导致导电能力减弱。
因此，MOSFET的导电能力可以通过调节栅极电压来控制。
MOSFET在电子领域中有着广泛的应用。
首先，它可以作为开关来控制电流的通断。
通过改变栅极电压，可以使MOSFET处于截止或者导通状态，从而实现电路的开关功能。
这种特性使得MOSFET成为数字电路和逻辑门电路中的重要组成部份。
此外，MOSFET还可以作为放大器来放大电信号。
通过调节栅极电压，可以改变沟道中的电荷密度，从而调节电流的大小。
这使得MOSFET可以放大输入信号，并输出放大后的信号。
这种特性使得MOSFET在音频放大器和射频放大器中得到广泛应用。
除了开关和放大器，MOSFET还可以用于摹拟电路中的电压调节。
MOSFET的参数讲解
MOSFET的参数讲解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种重要的电子器件，具有广泛的应用。
它的参数有很多，包括导通电阻（Rdson）、漏极电流（Id）、栅极电压（Vgs）、栅极源极电压（Vgs-th）等，下面将详细讲解这些参数。
首先是导通电阻（Rdson），也称为开通电阻。
它是MOSFET导通时的电阻，通常用来衡量MOSFET的导通能力。
较小的导通电阻表示较好的导通性能，因为更小的电阻意味着低功耗和高效率。
导通电阻与MOSFET的尺寸、材料以及工作电流等因素有关。
漏极电流（Id）是指从漏极到源极的电流。
它是MOSFET工作时的主要电流，控制着MOSFET的导通能力。
较小的漏极电流表示较好的关断状态，因为关断状态下漏极电流应尽可能接近于零。
漏极电流大小取决于工作电压和工作温度。
栅极电压（Vgs）是应用在栅极和源极之间的电压，用来控制MOSFET 的导通和关断。
较大的栅极电压可以将MOSFET导通，而较小的栅极电压则将MOSFET关断。
栅极电压通常是从0V到正电压范围内。
栅极源极电压（Vgs-th）是指在栅极电压下，MOSFET开始导通的临界电压。
当栅极源极电压小于或等于Vgs-th时，MOSFET处于关断状态；当栅极源极电压大于Vgs-th时，MOSFET开始导通。
这个参数决定了MOSFET的导通阈值。
除了以上参数，还有一些其他重要的MOSFET参数，包括栅极电容（Cgs、Cgd、Cgs）、漏极电容（Cds、Cdg）和开关时间（tON、tOFF）。
栅极电容是指在不同电压下，栅极和源极之间的电容。
它对于MOSFET的高频响应和开关速度具有重要影响。
较小的栅极电容通常意味着更快的开关速度和更高的工作频率。
漏极电容是指在不同电压下，漏极和源极之间的电容。
它对于MOSFET的高频响应和开关速度同样具有重要影响。
较小的漏极电容有助于提高开关速度和降低功耗。
开关时间是指MOSFET从关断到导通或从导通到关断所需的时间。
六种场效应管
六种场效应管场效应管，也称为放大管或开关管，是一种电子元件，常用于放大电路和开关电路中。
根据N沟道场效应管（N-channel）和P沟道场效应管（P-channel）的不同，可以将场效应管分为两类。
下文将详细介绍这六种场效应管的特点和应用。
1. N沟道增强型场效应管（N-channel Enhancement-mode MOSFET）N沟道增强型场效应管是一种常见的场效应管，其通道内没有形成倒转层，需要加正压才能导通。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗以及较高的放大能力。
N沟道增强型场效应管广泛应用于放大电路、开关电路、数字电路、感应器等。
2. P沟道增强型场效应管（P-channel Enhancement-mode MOSFET）P沟道增强型场效应管与N沟道增强型场效应管相似，但其通道内由P型材料构成，需要加负压才能导通。
P沟道增强型场效应管广泛应用于自动控制系统、电源管理、信号处理等领域。
3. N沟道耗尽型场效应管（N-channel Depletion-mode MOSFET）N沟道耗尽型场效应管是一种通道内部已经形成倒转层的场效应管，其导通状态是默认状态，需要施加负压才能阻断导通。
N沟道耗尽型场效应管常用于模拟电路、功率放大器、电源稳压器等领域。
4. P沟道耗尽型场效应管（P-channel Depletion-mode MOSFET）P沟道耗尽型场效应管与N沟道耗尽型场效应管类似，但其导通状态是默认阻断状态，需要施加正压才能导通。
P沟道耗尽型场效应管广泛应用于低电平开关、电源管理、信号选择等场合。
5. 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor，IGBT）绝缘栅双极晶体管是一种结合了MOSFET和双极晶体管特点的高压功率半导体器件。
IGBT具有高输入阻抗、低导通压降、高电流放大倍数等特点，在电力电子领域被广泛应用于变频器、电机驱动、逆变器等高压高功率设备中。
电力场效应晶体管(MOSFET)
跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。
电力电子器件概述
7 极间 电容
MOSFET的三个电极之间分别存 在极间电容CGS、CGD和CDS。
一般生产厂家提供的是漏源极短路的输入电容Ciss、 共源极输出电容Ccss和反向转移电容Crss。它们之 间的关系是：
Ciss=CGS+CGD Crss=CGD Ccss=CDS+CGD
场效应管能承受的最高工 作电压，是标称MOSFET 额定电压的参数。
通常选UDS为实际工作电压的2~3倍。
2 漏极直流 电流ID和 漏极脉冲 电流幅值 IDM
3
通态 电阻 Ron
电力电子器件概述
在规定的测试条件下，最大 漏极直流电流、漏极脉冲电 流的幅值，是标称MOSFET额 定电流的参数。
在一定栅源电压下，MOSFET 从可变电阻区进入饱和区时的 直流电阻值。
一次开通、关断损耗分别为Pon、Poff，则有
开关损耗： PS=(Pon+Poff)ƒ
通态损耗： PC=RonID²
断态损耗： PL=0
应用高频开关
MOSFET内部发热功率 : PD≈PS+P注C 意开关损耗
使用时应限制器件的功耗，使PD>PDmax，并提供
良好的散热条件使器件温升不超过额定温升。
电力电子器件概述
过式 Ps=1/2UdI0fs(tc(on)+tc(off)) 可知，此时可以具有很 高的开关速度。
❊300~400V等级的MOSFET仅仅当开关频率超出
30~100kHZ时才与双极晶体管差不多。
❊低电压时多选择MOSFET。
电力电子器件概述
❊当额定电压超过1000V，但额定电流比较小时，
mosfet芯片
mosfet芯片MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的场效应晶体管，广泛应用于电子设备中。
它具有低功耗、高电流驱动能力和工作频率高等特点，在现代电子领域中扮演着重要的角色。
MOSFET芯片的结构是由金属电极、氧化物层和半导体层构成的。
金属电极一般作为源极和漏极，氧化物层被用作隔离层，半导体层则负责电流的输送。
因此，MOSFET芯片的主要工作原理是利用电场调控半导体层的导电性。
当MOSFET芯片工作时，源极和漏极之间加上一定的电压，形成漏极电流。
而在导通状态下，通过控制栅极电压，可以改变源-漏极之间的电压，从而改变MOSFET的电流。
这种通过电场来控制电流的特性使得MOSFET成为电子设备中的重要元件。
MOSFET芯片还具有很多优点。
首先，它的阻抗很高，可以减少功率损耗和电流泄漏。
其次，MOSFET芯片的开关速度很快，能够实现高速的电子通信和数据处理。
此外，它的体积小、成本低，容易集成到电路中，具有良好的可靠性和稳定性。
MOSFET芯片应用广泛。
在电子器件中，如手机、电视、电脑等，MOSFET被用作功率放大器、开关和变压器等。
在能源管理中，MOSFET芯片用于直流-交流逆变器、电源管理等。
此外，MOSFET还广泛应用于汽车电子、太阳能电池、工业控制等领域。
然而，MOSFET芯片也存在一些问题。
首先，由于电场调控的原理，当栅极电压过高或过低时，可能会导致芯片损坏或不正常工作。
其次，MOSFET芯片在高温和高电压下容易产生热失控，需要进行散热设计。
此外，MOSFET的尺寸缩小会带来通道长度调制效应和量子效应等问题，需要针对性的技术改进。
综上所述，MOSFET芯片是一种十分重要和常见的电子器件，具有低功耗、高电流驱动能力和工作频率高等特点。
它的工作原理是利用电场调控半导体层的导电性，广泛应用于电子设备、能源管理和工业控制等领域。
然而，它也存在一些问题，需要注意其工作条件和散热设计。
06 场效应晶体管讲解
6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2.3、 MOSFET的基本工作原理
6.2 MOSFET的基本结构及工作原理
6.2.3、 MOSFET的基本工作原理
基于“表面场效应”原理。 在垂直于半导体表面的电场作用下，半导体表面层中的
载流子浓度发生变化，导致表面层导电能力的改变。
以增强型MOS为例：
G
S
D
M
D：漏极
O
n+
n+
载流子：S→D
L
S
P
B 衬底电极
栅源电压：VGS
阈值电压VT：S表面达到强反型时的VGS
漏源偏置电压：VDS
6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 (2)主要的结构参数：L, W, tox, NA，ND
铝栅： 硅栅：
(3) 平面图形
G
S
D
D S
G
6.2.2、MOSFET的基本类型
CMOS
1 1 1
CoxCS Cox CS
Cox CS
1. VG＜0时，半导体表面为积累层，MOS电容等于氧化层电容Cox； 2. VG ＞0时，耗尽层出现，Cs使CMOS随VG升高而变小； 3. VG升高至反型层出现，耗尽层厚度最大，MOS电容达到最小值； 4. 高频时，反型电荷跟不上交流信号的变化，此时耗尽层电荷会略
VT VOX VS VFB
VOX ：栅电压VG 降落在 SiO2 绝缘层上的部分 VS ： 栅电压VG 降落在半导体表面的部分 VFB ：平带电压
S
P-Si 衬底
D G
Eds Ids
6.3 MOSFET的阈值电压
6.3.2 平带电压 实际MOS结构：
场效应管和mos管的区别综述
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。
MOS 场效应晶体管
工作原理
mosfet通过在金属-氧化物-半导 体结构上施加电压，控制电子流动， 实现信号放大和开关作用。
结构
mosfet由栅极、源极、漏极和半导 体层组成，具有对称的结构。
mos 场效应晶体管的应用
集成电路
mosfet是集成电路中的基本元件， 广泛应用于数字电路和模拟电路 中。
工作原理概述
电压控制
导电通道的形成与消失
mos场效应晶体管是一种电压控制器 件，通过在栅极施加电压来控制源极 和漏极之间的电流流动。
随着栅极电压的变化，导电通道的形 成与消失，从而控制源极和漏极之间 的电流流动。
反型层
当在栅极施加正电压时，会在半导体 表面产生一个反型层，使得源极和漏 极之间形成导电通道。
电压与电流特性
转移特性曲线
描述栅极电压与漏极电流之间关 系的曲线。随着栅极电压的增加， 漏极电流先增加后减小，呈现出
非线性特性。
跨导特性
描述源极电压与漏极电流之间关 系的曲线。跨导反映了mos场效
应晶体管的放大能力。
输出特性曲线
描述漏极电压与漏极电流之间关 系的曲线。在一定的栅极电压下， 漏极电流随着漏极电压的增加而
增加，呈现出线性特性。
Part
03
mos 场效应晶体管的类型与 特性
nmos 场效应晶体管
总结词
NMOS场效应晶体管是一种单极型晶体管，其导电沟道由负电荷主导。
详细描述
NMOS场效应晶体管通常由硅制成，其导电沟道由负电荷主导，因此被称为 NMOS。在NMOS中，电子是主要的载流子，其源极和漏极通常为n型，而衬 底为p型。
制造工艺中的挑战与解决方案
1 2 3
MOSFET
电压控制器件，以源极为基准电位
VDS
VGS G
ID
S
D
n+
n+
栅源电压VGS 漏源电压VDS
P
8
MOSFET基本原理
¾ MOSFET基本结构 ¾ MOSFET种类 ¾ MOSFET基本特性 ¾ 应用举例
26
可变电阻区（又称线性区）
VGS>VT，VDS≤（VGS－VT）
ID
=
Co μn
Z L
[(VGS
− VT
)VDS
−
1 2
VD2S
]
VDS较小
ID
≈
Co μn
Z L
(VGS
−VT )VDS
输出特性曲线
ID = f (VDS ) VGS =const.
电导常数
Kn
=
Co μn
Z L
27
放大区
（恒流区或饱和区）
0.2
饱和区
0
NMOS
3.0
2.0 L = 0.3μm
1.0 ψ S = Vbi
L = 0.5μm L = 1μm
ψ S = Vbi + VDS
- 0.2
VDS= - 1.8V
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
y / μm
VDS =- 0.05V - 0.4
PMOS
数个不同沟道长度的n沟道器件的源极与 漏极间的表面电势
阈值电压漂移量∆VT：耗尽 区电荷减少所造成的
mos 晶体管分类
mos 晶体管分类Mos晶体管分类晶体管是一种电子器件，用于放大电信号、开关电路和电压调节等应用。
Mos晶体管是其中一种常见的晶体管，它具有结构简单、体积小、功耗低和速度快等优点。
根据不同的工作方式和结构特点，Mos晶体管可以分为多种类型。
1. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）MOSFET是一种常见的MOS晶体管，它由金属（金属源极、漏极和栅极）、氧化物（氧化层）和半导体（通道区域）组成。
根据栅极与半导体之间的结构和电性，MOSFET可以分为N沟道和P沟道两种类型。
N沟道MOSFET中，通道区域为N型半导体，而P沟道MOSFET中，通道区域为P型半导体。
MOSFET可根据工作电压和电流要求选择不同的型号。
2. CMOS（互补金属氧化物半导体）CMOS是一种特殊的MOS晶体管，它由N沟道MOSFET和P沟道MOSFET组成。
CMOS具有低功耗、高集成度和可靠性好的特点，广泛应用于数字电路和微处理器等领域。
CMOS晶体管既可以作为放大器使用，也可以作为开关使用。
3. DMOS（双极性金属氧化物半导体）DMOS是一种高压MOS晶体管，它具有耐高压的特点，可用于功率放大器和开关电路等高压应用。
DMOS晶体管结构与MOSFET 类似，但它的通道区域更宽，以承受更高的电压。
4. IGBT（绝缘栅双极性晶体管）IGBT是一种特殊的MOS晶体管，它结合了MOSFET和双极性晶体管的优点。
IGBT在低压条件下具有MOSFET的高输入阻抗和低功耗特点，在高压条件下具有双极性晶体管的高电流和低导通电阻特点。
IGBT广泛应用于电力电子领域，如逆变器、变频器和电机驱动器等。
5. LDMOS（低电压MOS）LDMOS是一种专门设计用于低电压应用的MOS晶体管。
LDMOS 具有低导通电阻和高可靠性的特点，适用于移动通信设备、功率放大器和射频应用等领域。
总结Mos晶体管是一类重要的电子器件，根据不同的工作方式和结构特点，可以分为MOSFET、CMOS、DMOS、IGBT和LDMOS等类型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ids
Idsat
1(L/
L)
南京大学
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
（2）速度饱和区的准二维模型
Vg V fb Vox ( y ) s ( y ) Vox ( y ) 2 B V ( y )
纵向电场逐步减小
Ex (0,
y)
ox Si
Eox (
y)
ox Si
Vox ( y ) t ox
(
m
/
2
)V
2 ds
]
半导体器件原理
（3）饱和漏电压和漏电流： dIds/dVds=0
V dsat
1
2 (V g V t ) / m 1 2 eff (V g V t ) /( mv sat L )
I dsat C ox Wv sat (V g V t )
对长沟道情形
1 2 eff (V g V t ) /( mv sat L ) 1 1 2 eff (V g V t ) /( mv sat L ) 1
C ox
W dm
Vt 8( m 1) bi ( bi Vds ) e L / 2 mW dm
W
0 dm
4 Si kT ln( N a / ni )
q2N a
为避免过量的短沟道效应，CMOS器件中衬底或阱里
的掺杂必须保证最小的沟道长度是Wdm的两到三倍， 或大于源与漏端的耗尽层宽度之和。
南京大学
南京大学
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
（2）势垒降低 短沟道器件中，源及漏的电场穿透进沟道中央， 降低了漏源之间的势垒，引起亚阈值电流的增加， 导致阈值电压的下降。
漏电压的增加引起的势垒进一步降低和最高势垒 点向源端的偏移，导致阈值电压的继续下降。 （DIBL效应）
长沟道中亚阈值电流不依赖于漏电压，短沟道中 高漏电压则使亚阈值电流发生平行偏移。过短沟道 器件中则使亚阈值斜率的减小并最终导致栅压失去 控制。
南京大学
（5）过饱和速度
在高场或陡峭的空间电势变化时，载流子不再与硅的 晶格处在热平衡状态， 从而超过过饱和速度：热载流子
半导体器件原理
3。沟道长度调制
饱和电流继续增加的两个原因：短沟道效应与沟 道长度调制
（1）饱和点以上的漏电流：饱和点向源端移动，饱 和点与源端之间一维近似仍然成立。
载流子在饱和点与漏端之间以饱和速度运动，直 至漏端（二维）。
半导体器件原理
南京大学
2。速度饱和
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
2。速度饱和：短沟道器件的漏电流由于速度饱和效应 而在一较小的电压下就已饱和（而不是由于夹断）
南京大学
半导体器件原理
（1）速度电场依赖关系
南京大学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半导体器件原理
（2）n=1时对空穴的分析解
南京大学
南京大学
半导体器件原理
短沟道MOSFET中，耗尽层厚度宽于长沟道器 件。
漏源距离与MOS耗尽层宽度相当，使源漏电势 对能带的弯曲有较大的影响。
南京大学
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
（1）二维电势等高线和电荷共享模型
南京大学
半导体器件原理
南京大学
长短沟道器件的区别
半导体器件原理
电荷共享模型（离化固定电荷）
半导体器件原理
7.4 短沟道MOSFETs (8.7, P357)
沟道长度减小，导致电流增大，而本征电容变小。
南京大学
✓短沟道效应 ✓速度饱和效应 ✓沟道调制效应 ✓源漏串联电阻 ✓MOSFET击穿
半导体器件原理
1。短沟道效应：
阈值电压的减小，必须保证芯片上最小沟道长 度器件的阈值电压不会太小。
（4）速度饱和时的夹断点
漏端横向电场达到很大，类似与长沟道中的情形，载 流子不在限制在表面沟道层中。
Qi(yL)Cox(VgVt mdVsa)t
Qi(yL)Cox(VgVt)
12eff(VgVt)/(msvaLt)1 12eff(VgVt)/(msvaLt)1
Idsat WsvaQti(yL)(vvsa)t
Ids为常数
Ids(
efW f i(Q V)
efIfds)d V vsat dy
I ds
eff
(W
/ L)
Q (V Vds
0
i
)dV
1 ( eff V ds / v sat L )
Q i (V ) C ox (V g Vt mV )
I ds
eff C ox (W
/ L )[(V g Vt )Vds 1 ( eff V ds / v sat L )
I dsat
eff
C ox
W L
(V g V t ) 2 2m
对L0情形（薄层电荷近似）
I dsat C ox Wv sat (V g V t ) V dsat 2 v sat L (V g V t ) / m eff
南京大学
随沟道长度的减小而降低
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
2 i
x 2
2 i
y 2
Si
Ex E y qNa
x y Si
Si
南京大学
半导体器件原理
纵向电场和侧向距离的模拟关系
南京大学
半导体器件原理
横向电场的增加， 使受源漏电压控制的耗尽电荷密度增大， 而受栅压控制的耗尽层宽度变大，但积分 电荷密度减小，导致阈值电压的下降。
SiExx SiEyy
南京大学
半导体器件原理
表面势和侧向距离的关系
南京大学
长短沟道器件的区别
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
（3）二维泊松方程和横向电场穿透
离化受主分为纵向电场控制和横向电场控制两 部分。长沟道器件中第二部分可忽略，而短沟道 器件中则变得显著。
同样高漏电压也会提高横向电场，并使零电场 点移向源端。
E x (0,0)
qN
axj
Qi( Si
y
0)
饱和点附近的一 维高斯定理
南京大学
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
电流连续要求电荷为常数，类似与短沟道效应，只是 耗尽电荷换成了可移动电荷。（由栅压控制转为漏电 压控制）。
Qi ( y )
q
xj n(x, y)dx
0
Ex (0,
y)dy
Ey(y
南京大学
半导体器件原理
南京大学
半导体器件原理
（4）短沟道阈值电压的表达式（扩散电流为主）
南京大学
半导体器件原理
（4）短沟道阈值电压的表达式（扩散电流为主） 与长沟道器件相比：
Vt
24 tox W dm
( V )e bi bi
L / 2 (Wdm 3tox ) ds
m
1
Si
/
W
0 dm
1
3tox
dy)x j
E y ( y)x j