MOS晶体管特征及其静态特性
MOSFET
MOS晶体管MOS晶体管的概念金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。
MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。
这个名称前半部分说明了它的结构，后半部分说明了它的工作原理。
从纵向看，MOS晶体管是由栅电极、栅绝缘层和半导体衬底构成的一个三明治结构；从水平方向看，MOS晶体管由源区、沟道区和漏区3个区域构成，沟道区和硅衬底相通，也叫做MOS 晶体管的体区。
一个MOS晶体管有4个引出端：栅极、源极、漏极和体端即衬底。
由于栅极通过二氧化硅绝缘层和其他区域隔离，MOS晶体管又叫做绝缘场效应晶体管。
MOS晶体管还因为其温度稳定性好、集成化时工艺简单，而广泛用于大规模和超大规模集成电路中。
MOS管有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管，P沟道增强型管和P沟道耗尽型管。
凡栅-源电压U GS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管，凡栅-源电压U GS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。
MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC。
MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压V GS实现对水平I DS的控制。
它是多子（多数载流子）器件。
用跨导描述其放大能力。
MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中，S＝Source，G=Gate,D=Drain。
mos管特征
mos管特征MOS管特征MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常见的场效应晶体管，具有许多独特的特征和性能。
本文将从不同的角度探讨MOS管的特征。
一、结构特征MOS管由金属电极、氧化物绝缘层和半导体材料构成。
金属电极用于控制电流的引入和输出，氧化物绝缘层用于隔离金属电极和半导体材料，保证MOS管的正常工作。
半导体材料作为电流的载体，起到传导电流的作用。
二、工作原理MOS管的工作原理基于场效应。
当金属电极施加正电压时，产生的电场会穿透氧化物绝缘层，影响到半导体材料中的电子。
这种电场作用下，半导体中的电子会形成一个导电通道，从而允许电流通过。
通过改变金属电极的电压，可以控制电子通道的导电能力，实现电流的开关控制。
三、特点与优势1. 低功耗：MOS管在导通状态下的功耗非常低，能够实现高效的电能利用。
2. 高电流驱动能力：MOS管具有较高的电流驱动能力，能够满足大功率电路的需求。
3. 快速开关速度：MOS管的开关速度非常快，能够实现高频率的开关操作。
4. 低电压控制：MOS管的控制电压较低，可以实现低电压控制电路的设计。
5. 抗干扰能力强：MOS管的结构特性使其具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。
四、应用领域MOS管广泛应用于各个领域，如通信、电力电子、计算机等。
具体应用包括：1. 电源开关：MOS管的快速开关特性使其成为电源开关的理想选择，能够实现高效率的电能转换。
2. 放大器：MOS管可以作为低功耗的放大器，用于信号放大和处理。
3. 逻辑门电路：MOS管的开关特性使其可用于逻辑门电路的设计，实现数字信号的处理。
4. 驱动器：MOS管的高电流驱动能力使其成为各种电机、灯光等设备的驱动器。
5. 电压转换器：MOS管可以用于设计高效的电压转换器，实现电能的转换和传输。
总结：MOS管作为一种重要的半导体器件，具有许多独特的特征和优势。
电力电子技术_MOSFET
增大VGS，可减小rCH和rjFET rD减小和提高耐压相矛盾。
Ron与器件耐压、温度关系： 器件耐压越高， Ron越大。随温度升高， Ron增大。
②开启电压VT：阈值电压 反型层建立所需最低栅源电压。
定义：工业上，在漏源短接条件下，ID=1mA时的栅极电压。 VT随结温Tj变化，呈负温度系数，Tj每增高45OC，VT下降10%， -6.7mV/OC。
缺点：V型槽底部易引起电场集中，提高耐压困难，改 进：U型MOSFET。
缩短沟道电流路径降低导通电阻VUMOS
Si2O N+
P
G 栅极
S源源 极区基P区本栅沟极道层位底于
N+
部体区。
N+ 1019/cm3
P沟道体区
P即P区PN主1＋01体结6/与短cm源3路极。短PN路- 。
漂移区 衬底
N-
N可N掺 +-流组1杂 过成01浓 额4体/c定二度 m3电极流管。Db，
a) 转移特性 b) 输出特性
1-27
电力场效应晶体管的漏极伏安特性
截止区（对应于GTR的截止区）
饱和区（对应于GTR的放大区） 50 非饱和区（对应GTR的饱和区） 40
50 非 饱
40 和 区
UGS=8V
ID/A ID/A
30
工作在开关状态，即在截止区和
非饱和区之间来回转换。
20
30
饱和区 UGS=7V
N+ P
1-2
➢栅极正偏,<VT，形成耗尽层。
• 栅P间电场使P区空穴远离P区靠绝缘层侧， 余下带负电原子。形成耗尽层，少量自 由电子也向耗尽层移动，但数量很少不 能形成漏源电流。
MOSFETMOS管特性参数的理解
MOSFETMOS管特性参数的理解静态特性参数包括：漏极电流（ID）与漏源电压（VDS）之间的关系，即漏极特征曲线。
漏极特征曲线描述了MOSFET在不同漏源电压下的电流变化情况，它是分析MOSFET的关键基本特性之一、漏极特征曲线通常分为三个区域：饱和区、线性区和截断区。
在饱和区，漏极电流与漏源电压基本无关；在线性区，漏极电流与漏源电压成线性关系；在截断区，漏极电流几乎为零。
通过理解和分析漏极特征曲线，可以确定MOSFET的工作状态以及电流电压关系。
除了漏极特征曲线外，还有其他的静态特性参数需要考虑，比如漏极电流与栅源电压（VGS）之间的关系，即转移特征曲线。
转移特征曲线描述了MOSFET在不同栅源电压下的漏极电流变化情况。
通过转移特征曲线，可以确定MOSFET的开启电压或截止电压以及栅源电压的控制范围。
动态特性参数包括：开启/关断时间和开启/关断电荷。
开启/关断时间指的是MOSFET从关闭到开启或从开启到关闭所需要的时间。
这是因为在实际应用中，MOSFET需要在特定的时间内完成开关操作。
而开启/关断电荷是指MOSFET在开启或关断过程中所受到的电荷，它们直接影响了能源的损耗和开关速度。
此外，MOSFET还有其他特性参数，比如输出电导和转导频率。
输出电导是指栅源电流与栅源电压的比值，表示了MOSFET传导电流的能力。
转导频率是指栅极电容和栅源电阻之间的比值，它决定了MOSFET的高频响应能力。
在实际应用中，选择合适的MOSFET特性参数是至关重要的。
例如，在功率放大应用中，需要选择输出电导大、开启/关断时间短的MOSFET；而在高频应用中，需要选择转导频率高的MOSFET。
总之，理解和熟悉MOSFET的特性参数对于设计和应用电子电路是非常重要的。
通过研究MOSFET的静态和动态特性参数，可以更好地了解其工作原理，选择合适的器件参数，并提高电路的性能。
MOS管的开关特性
MOS管得开关特性MOS管最显著得特点也就是具有放大能力。
不过它就是通过栅极电压uGS控制其工作状态得,就是一种具有放大特性得由电压uＧS控制得开关元件。
一、静态特性（一) 结构示意图、符号、漏极特性与转移特性1．结构示意图与符号从图２、１、１2（a）所示结构示意图中可以瞧出,MOＳ管就是由金属-氧化物－半导体（Mｅｔal—Oｘ-idｅ—Semｉcｏnductor）构成得。
在P型衬底上,利用光刻、扩散等方法，制作出两个N+型区,并引出电极，分别叫做源极S与漏极D，同时在源极与漏极之间得二氧化硅SiO２绝缘层上,制作一个金属电极栅极G,这样得到得便就是Ｎ沟道MOＳ管。
2．漏极特性反映漏极电流iD与漏极－源极间电压ｕＤS之间关系得曲线族叫做漏极特性曲线，简称为漏极特性,也就就是表示函数iD=f(ｕＤS）｜uＧS得几何图形，如图２、1、13（ａ）所示。
当uGS为零或很小时,由于漏极D与源极S之间就是两个背靠背得PN结,即使在漏极加上正电压(ｕDＳ>0V)，MＯＳ管中也不会有电流，也即管子处在截止状态。
当uGS大于开启电压UTN时，ＭOS管就导通了。
因为在UＧS＝UTN(图2、1、１3中UTN＝2V)时，栅极与衬底之间产生得电场已增加到足够强得程度，把P型衬底中得电子吸引到交界面处，形成得N型层—-反型层,把两个N＋区连接起来，也即沟通了漏极与源极。
所以，称此管为N沟道增强型ＭOS管。
可变电阻区：当uＧＳ＞UTＮ后,在uDS比较小时，ｉD与ｕＤS成近似线性关系,因此可把漏极与源极之间瞧成就是一个可由ｕGS进行控制得电阻，uGS越大，曲线越陡，等效电阻越小,如图2、１、1３(a)所示。
恒流区（饱与区)：当ｕGS>UTN后,在uＤS比较大时，iD仅决定于uGS（饱与),而与uDS几乎无关,特性曲线近似水平线,D、S之间可以瞧成为一个受uＧS控制得电流源。
在数字电路中，MOＳ管不就是工作在截止区,就就是工作在可变电阻区，恒流区只就是一种瞬间即逝得过度状态.3。
MOS晶体管基础
栅极 SiO2 漏极
Cox
Cox=eox/tOX
9
VTH
VTH
= VFB
+ 2fF
+1 COX
2KS
e 0
qN
(
A
2
f F
+VBS)
影响MOS晶体管特性的几个重要参数
• MOS晶体管的宽长比（W/L)
• MOS晶体管的开启电压VTH
栅极氧化膜的厚度tox
沟道的掺杂浓度（NA) 衬底偏压（VBS)
10
▪ 栅极电容从衬底向源漏极转变 ▪ 电容值减小到一半。 因此，电路中如果要利用栅极电容，设计时需应使 电路避开在阈值电压附近的工作。
➢晶体管饱和时
栅极电容的对象主要为源极 电容值减小到2/3程度
由上可知，在饱和区，栅漏电容主要由CGDO决定， 其值大约为栅极电容的20%左右。
MOS寄生元24 素
5V
7
ID 非饱和区
饱和区
VDsat=VG-VTH
VD
ID
mnCoxW 2L
[2(VG-VTH)VD-VD2]
(0<VD<VG-VTH)
mnCoxW 2L
(VG-VTH) 2
(0< VG-VTH < VD)
8
源极
mnCoxW 2L
mn ：为Si中电子的迁移率 Cox : 为栅极单位电容量
W : 为沟道宽 L : 为沟道长
RS S
RD D
RG (40W) 源漏电阻
RD, RS (各1W)
CSB
B CDB
MOS寄生元21 素
22
MOSFET栅极电容
典型参数：CBiblioteka X=6fF/mm2, CO=0.3fF/mm2(0.25mm工艺；NMOS,PMOS共通）
mos管标准
mos管标准MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常用的半导体器件，被广泛应用于电子设备中。
它是由晶体管演变而来的，具有更高的集成度和更好的开关特性。
MOS管标准是为了确保产品质量和性能稳定性而制定的一系列规范和要求。
1. 尺寸要求：MOS管标准对于晶体管的尺寸有明确的要求。
包括栅极长度、栅氧化层厚度、沟道长度等。
这些尺寸要求是为了确保MOS管在工作时具有良好的电学特性和可靠性。
2. 电气特性：MOS管标准规定了MOS管的静态与动态特性。
静态特性包括漏电流、开启电压、关闭电压等。
动态特性包括开关速度、响应时间等。
这些特性是衡量MOS管性能优劣的重要指标，对于不同应用场景有不同要求。
3. 工艺要求：MOS管标准要求在生产过程中严格控制各个工艺参数。
包括沉积、刻蚀、掺杂、退火等。
这些工艺参数的控制对于MOS管的电学特性和结构稳定性有着至关重要的影响。
4. 温度特性：MOS管标准对于MOS管的温度特性有明确的要求。
包括温度系数、热阻、热容等。
这些温度特性的要求是为了确保MOS管在各种工作温度下都能正常工作，不受过高温度的影响。
5. 可靠性要求：MOS管标准要求MOS管具有良好的可靠性和寿命。
包括抗电压应力、抗辐射、抗噪声等。
这些要求是为了确保MOS管在长时间使用中能够保持稳定的性能，并且不易受到外界不良环境的干扰。
总之，MOS管标准是为了确保MOS管的质量和性能稳定性而制定的一系列规范和要求。
它涉及到MOS管的尺寸要求、电气特性、工艺要求、温度特性和可靠性要求等方面。
这些标准的制定是为了满足不同应用场景对MOS管性能的要求，同时也有助于提高MOS管的生产工艺和质量管理，推动整个行业的发展和进步。
(完整版)MOS管的开关特性
M OS管的开关特性一、静态特性MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。
由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压u GS决定其工作状态.图3.8(a）为由NMOS增强型管构成的开关电路。
NMOS管构成的开关电路及其等效电路工作特性如下:※ u＜开启电压U T：MOS管工作在截止区，漏源电流i DS基本为0，输出电压u DS≈U DD,MOS管处于”GS断开"状态,其等效电路如图3.8(b）所示。
※ u＞开启电压U T:MOS管工作在导通区,漏源电流i DS=U DD/(R D+r DS）.其中,r DS为MOS管导通时的漏GS源电阻。
输出电压U DS=U DD·r DS/(R D+r DS）,如果r DS＜＜R D，则u DS≈0V，MOS管处于”接通”状态，其等效电路如图3。
8（c)所示。
二、动态特性MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程,但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间，而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的.图3.9（a)和（b）分别给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图.NMOS管动态特性示意图当输入电压u i由高变低，MOS管由导通状态转换为截止状态时，电源U DD通过R D向杂散电容C L充电，充电时间常数τ1=R D C L。
所以,输出电压u o要通过一定延时才由低电平变为高电平；当输入电压u i由低变高，MOS 管由截止状态转换为导通状态时，杂散电容C L上的电荷通过r DS进行放电，其放电时间常数τ2≈r DS C L.可见，输出电压U o也要经过一定延时才能转变成低电平。
但因为r DS比R D小得多,所以,由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短.由于MOS管导通时的漏源电阻r DS比晶体三极管的饱和电阻r CES要大得多，漏极外接电阻R D也比晶体管集电极电阻R C大，所以，MOS管的充、放电时间较长，使MOS管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。
MOS晶体管原理与特性
第七章 MOS 晶体管原理与特性§7.1 MOS 集成电路简介§7.2 MOS 晶体管一般介绍一、MOS 场效应晶体管的结构a . 双核CPU 芯片b . 封装后的CPU二、MOS 场效应晶体管的工作原理+ -源区(Oxide Fox 场氧化层）Poly Silicon - 耗尽区 沟道夹断点nMOS 管的转移特性曲线GST三、nMOS 晶体管的输出伏安特性曲线nMOS 管的转移特性曲线GST 管 )nMOS (增强型)管的输出伏安特性曲线T V =>DSnMOS (耗尽型)管的输出伏安特性曲线DS0V )0T V <四、pMOS 晶体管的特性曲线 1. 转移特性曲线2.输出伏安特性曲线五、MOS 晶体管的四种类型DDV pMOS 管的转移特性曲线GSpMOS (增强pMOS (增强型)管的输出伏安特性曲线GST VV =DSMOSFETpMOSnMOSnMOS Enhancement—nMOS Depletion—pMOS Enhancement—pMOS Depletion—§7.3 MOS 晶体管物理基础一、Si-SiO 2系统半导体器件的性能与半导体表面的特征性质有着特别重要的联系。
在超大规模集成电路技术迅速发展的今天，半导体器件的制造相当多的是在很薄的一层内制造完成的(通常为几个微米甚至小于1微米的范围)。
因而，如何有效控制和完善半导体的表面质量，从而更好地利用半导体的表面效应将有着十分重要的作用。
1. 二氧化硅(S iO 2)中的可动离子2. 固定电荷3. 界面陷阱(界面态)4. 电离陷阱二、表面空间电荷区与表面势 1.MOS 结构（MIS 结构）2氧化层固定电荷2Si-SiO 2结构中电荷种类与特点。
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识.
功率场效应晶体管(MOSFET 基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电 压控制器件，不但有自关断能力，而且有驱动功率小，开关速度高、无二次击穿、 安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达 500kHz ,特别适于高频化电力电子装置，如应用于 DC/DC 变换、开关电源、便携式电子设备、航空 航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适 用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用沟 itt N图1 Power MOSFET 的结构和电气符号电力场效应晶体管有3个端子：漏极D 、源极S 和栅极G 。
当漏极接电源正, 源极接电源负时，栅极和源极之间电压为 0,沟道不导电，管子处于截止。
如果 在栅极和源极之间加一正向电压 UGS ，并且使UGS 大于或等于管子的开启电压 UT ,贝U 管子开通，在漏、源极间流过电流 ID 。
UGS 超过UT 越大，导电能力越 强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数P 沟道和N 沟 N 沟道增强道, 型电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅 MOS 管相同，小功率绝缘栅MOS 管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面， 提高了器件的耐电压和耐但结构有很大区 别。
横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构， 电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为 扩散 VDMOSFET 。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET 组成。
N 沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如 图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
2种：V 形槽VVMOSFET 和双'D(a)内8F 结构剖面示*mSNSillPo wer MOSFET 静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主 要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET相比双极型晶体管的优点
（1）输入阻抗高：双极型晶体管输入阻抗约为几千欧，而 场效应晶体管的输入阻抗可以达到109～1015欧； （2）噪声系数小：因为MOSFET是依靠多数载流子输运电 流的，所以不存在双极型晶体管中的散粒噪声和配分噪声； （3）功耗小：可用于制造高集成密度的半导体集成电路； （4）温度稳定性好：因为它是多子器件，其电学参数不易 随温度而变化。 （5）抗辐射能力强：双极型晶体管受辐射后β下降，这是 由于非平衡少子寿命降低，而场效应晶体管的特性与载流子 寿命关系不大，因此抗辐射性能较好。
3．高输入阻抗 由于栅氧化层的影响，在栅和其他端点之间不存在直流通道，因 此输入阻抗非常高，而且主要是电容性的。通常，MOSFET的直 流输入阻抗可以大于1014欧。 4．电压控制 MOSFET是一种电压控制器件。而且是一种输入功率非常低的器 件。一个MOS晶体管可以驱动许多与它相似的MOS晶体管；也 就是说，它有较高的扇出能力。 5．自隔离
说
明
公式（7-1）、（7-2）只适用于长沟道MOSFET。 当沟道长度较短时，必须考虑短沟道效应，管子的阈 值电压VT会随沟道长度L的减小而减小。这个问题将 在以后讨论。
7.4 MOSFET的伏安特性
为了方便起见，先作以下几个假定： （1）漏区和源区的电压降可以忽略不计； （2）在沟道区不存在复合－产生电流； （3）沿沟道的扩散电流比由电场产生的漂移电流小得多； （4）在沟道内载流子的迁移率为常数； （5）沟道与衬底间的反向饱和电流为零； （6）缓变沟道近似成立，即跨过氧化层的垂直于沟道方 向的电场分量与沟道中沿载流子运动方向的电场分量无关。
4qN D S 0 F 2kT N D ln C OX q ni
mos管的静态和动态参数
mos管的静态和动态参数mos管基本参数Coss：输出电容Coss=CDS+CGD。
Ciss：输入电容Ciss=CGD+CGS（CDS短路）。
Tf：下降时刻。
输出电压VDS从10%上升到其幅值90%的时刻。
Td（off）：关断延迟时刻。
输入电压下降到90%开端到VDS上升到其关断电压时10%的时刻。
Tr：上升时刻。
输出电压VDS从90%下降到其幅值10%的时刻。
Td（on）：导通延迟时刻。
从有输入电压上升到10%开端到VDS下降到其幅值90%的时刻。
Qgd：栅漏充电（考虑到Miller效应）电量。
Qgs：栅源充电电量。
Qg：栅极总充电电量。
mos管动态参数IGSS：栅源驱动电流或反向电流。
由于MOSFET输入阻抗很大，IGSS通常在纳安级。
IDSS：饱满漏源电流，栅极电压VGS=0、VDS为必定值时的漏源电流。
通常在微安级。
VGS（th）：敞开电压（阀值电压）。
当外加栅极操控电压VGS超越VGS（th）时，漏区和源区的外表反型层形成了衔接的沟道。
应用中，常将漏极短接前提下ID即是毫安时的栅极电压称为敞开电压。
此参数通常会随结温度的上升而有所下降。
RDS（on）：在特定的VGS（通常为10V）、结温及漏极电流的前提下，MOSFET导通时漏源间的最大阻抗。
它是一个非常重要的参数，决定了MOSFET导通时的消耗功率。
此参数通常会随结温度的上升而有所增大（正温度特性）。
故应以此参数在最高作业结温前提下的值作为损耗及压降计算。
Tj：漏源击穿电压的温度系数，通常为0.1V/℃。
mos管静态参数TSTG：存储温度范围。
Tj：最大作业结温。
通常为150℃或175℃，器材规划的作业前提下须确应防止超越这个温度，并留有必定裕量。
（此参数靠不住）VGS：最大栅源电压。
，通常为：-20V~+20VPD：最大耗散功率。
是指场效应管机能不变坏时所容许的最大漏源耗散功率。
使用时，场效应管实践功耗应小于PDSM并留有必定余量。
MOS晶体管特征及其静态特性
MOS晶体管特征及其静态特性MOS晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Transistor）是一种用于电子电路的半导体器件，具有独特的特性和静态特性。
在1200字以上的篇幅中，我将详细讨论MOS晶体管的特点和静态特性。
首先，让我们来了解MOS晶体管的基本结构。
它由三个区域组成：源（Source）、漏（Drain）和栅（Gate）。
在源和漏之间有一个绝缘层，称为二氧化硅层（Oxide Layer）。
栅结构覆盖在二氧化硅层上，用于控制源漏间的电流。
1.双极性：MOS晶体管可以在N型和P型半导体上使用，因此它具有双极性特性。
N沟道MOS（NMOS）晶体管在N型半导体上工作，而P沟道MOS（PMOS）晶体管在P型半导体上工作。
2.低功耗：相对于双极晶体管（BJT），MOS晶体管的功耗较低。
这是因为MOS晶体管在零输入电流情况下只有非常小的漏电流。
而BJT则具有基本电流，这在许多应用中会导致不必要的能量损失。
3.无关性能：MOS晶体管具有无关性能，即在给定电流和电压的情况下，其输出特性与器件制造工艺无关。
这使得MOS晶体管在集成电路中具有很高的一致性。
4.多功能：MOS晶体管可以用于多种应用，从模拟电路到数字电路和混合信号电路等。
这使得它在现代电子设备中得到广泛应用。
接下来，我们将深入探讨MOS晶体管的静态特性。
1. 阈值电压（Threshold Voltage，Vth）：在MOS晶体管中，栅电压低于阈值电压时，晶体管处于关断状态。
只有当栅电压高于阈值电压时，MOS晶体管才打开。
2. 漏源电流（Drain-Source Current，Ids）：漏源电流指的是通过晶体管的电流。
当栅电压大于阈值电压时，源漏之间会形成一个导电通道，允许电流流过。
3. 输出电阻（Output Resistance）：输出电阻是MOS晶体管的基本特性之一、它是一个衡量晶体管输出信号对于输入信号的变化敏感程度的参数。
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
MOS管的工作原理及特性
金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,
板级电路应用上，都十分广泛。
一、MOS管的工作原理
以增强型MOS管为例，我们先简单来看下MOS管的工作原理。
由上图结构我们可以看到MOS管类似三极管，也是背靠背的两个PN结！三极管的原理是在偏置的情况下注入电流到很薄的基区通过电子-空穴复合来控制CE 之间的导通，MOS管则利用电场来在栅极形成载流子沟道来沟通DS之间。
如上图，在开启电压不足时，N区和衬底P之间因为载流子的自然复合会形成一个中性的耗尽区。
给栅极提供正向电压后，P区的少子(电子)会在电场的作用下聚集到栅极氧化硅下，最后会形成一个以电子为多子的区域，叫反型层，称为反型因为是在P型衬底区形成了一个N型沟道区。
这样DS之间就导通了。
二、MOS管的特性
1、由于MOSFET是电压驱动器件(G极加电压控制电流)，因此无直流电流流入栅极。
2、要开通MOSFET，必须对栅极施加高于额定栅极阈值电压Vth的电压。
3、处于稳态开启或关断状态时，MOSFET栅极驱动基本无功耗(但是请注意交叉点附近，就是电压下降与电流上升导致的功耗)。
4、通过驱动器输出看到的MOSFET栅源电容根据其内部状态而有所不同。
5、MOSFET通常被用作频率范围从几kHz到几百kHz的开关器件。
这点尤其需要注意。
三、结语
希望本文对大家能够有所帮助。
n沟道增强型mos的电路符号
n沟道增强型MOS的电路符号1. 引言在现代电子学中，MOS（金属氧化物半导体）场效应晶体管是一种重要的器件，广泛应用于各种电路中。
n沟道增强型MOS（NMOS）是其中一种常见的类型。
本文将详细介绍n沟道增强型MOS的电路符号及其相关特性。
2. n沟道增强型MOS的基本原理n沟道增强型MOS晶体管由P型衬底、N+源极和漏极以及P+栅极组成。
其基本工作原理如下：•当栅极施加正向偏压时，栅极和源极之间形成一个PN结，形成反向偏压。
•当栅极施加正向偏压时，P型衬底与N+源极之间形成一个PN结，在没有外加电压时处于正向偏置状态。
•当漏极施加正向偏压时，PN结反向偏置，导致沟道区域形成一个导电通道。
3. n沟道增强型MOS的电路符号n沟道增强型MOS的电路符号如下所示：D|---| |G ---| |--- S| |---|B其中，G表示栅极（Gate），S表示源极（Source），D表示漏极（Drain），B表示衬底（Bulk）。
4. n沟道增强型MOS的特性4.1 静态特性n沟道增强型MOS具有以下静态特性：•阈值电压：阈值电压是指栅极与源极之间的电压，当超过该电压时，晶体管开始导通。
阈值电压可以通过控制栅极与源极之间的电压来控制晶体管的导通状态。
•漏极电流：当晶体管处于导通状态时，从漏极流出的电流称为漏极电流。
漏极电流受到栅极与源极之间的电压以及栅极与衬底之间的反向偏置影响。
4.2 动态特性n沟道增强型MOS还具有以下动态特性：•开关速度：n沟道增强型MOS具有快速开关速度，可以用于高频应用。
•容量效应：当栅极施加正向偏置时，在栅氧化物上会形成一个电容，称为栅氧化物电容。
该电容会影响晶体管的响应速度和功耗。
5. n沟道增强型MOS的应用n沟道增强型MOS广泛应用于各种电路中，包括但不限于：•逻辑门电路：n沟道增强型MOS可以用作逻辑门电路中的开关元件，实现逻辑运算。
•放大器：n沟道增强型MOS可用作放大器的核心元件，实现信号放大功能。
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一．授课题目：MOS晶体管特征及其静态特性
二．目的要求：
教学目的：了解三种基本MOS晶体管的结构特征，工作原理及其静态特性教学要求：要求学生掌握C-MOS晶体管的分类，会分析其静态特征原理图三．重点，难点
教学重点：C-MOS晶体管的分类，工作原理，分析其静态特征原曲线
教学难点：C-MOS晶体管工作原理，静态特征原曲线的分析。
四．授课内容：
MOS晶体管特征及其静态特性
本节将讨论以金属氧化物-半导体场效应管，也就是我们常说的MOS管为基本元件的集成逻辑门，称为MOS逻辑门。
MOS管制造工艺简单，功耗低，输入阻抗高，集成度高且没有电荷存储效应，在数字集成电路中用途非常广泛。
MOS集成电路可以根据所用管子类型的不同分为以下3种。
N MOS电路：N MOS电路是由N MOS管构成的集成电路。
其工作速度优于P MOS，但制造工艺要复杂些。
P MOS电路：P MOS电路是由P MOS管构成的集成电路。
它出现的早，制造工艺简单，但是工作速度较慢。
C MOS电路：C MOS电路是由P MOS管和C MOS管构成的互补集成MOS电路，
它具有静态功耗低，抗干扰能力强，工作稳定性好，开关速度高等优点。
这种电路的制造工艺复杂，但目前已经得到广泛应用。
1. MOS晶体管
MOS管可以根据结构的不同分为N MOS管（N沟道）和P MOS管（P沟道）。
每一类又可以根据其特性分为增强型和耗尽型两种。
P MOS管是较早出现的产品，其电源电压高且用负电压，工作效率低，而且由它构成的逻辑门与TTL型逻辑门不能兼容。
比较而言，N MOS管的工作效率较高，电源电压为正电压，由它构成的逻辑门能与TTL型逻辑门兼容，所以应用范围广泛。
此外，由一个N MOS管和一个P MOS 管可以构成功耗很小的C MOS管，它的性能优越，应用非常广泛。
下面我们以N 沟道增强型MOS管为例来介绍MOS管的结构和特点，并简要介绍各类MOS管之间的差异。
2. N MOS管
（1）N沟道增强型MOS管。
N沟道增强型MOS管的结构如图3-44所示。
它是以P型硅片作衬底，利用扩散的方法在其上形成两个掺杂浓度很高的N区，分别称为源极S和漏极D。
在硅表面上有
SiO
2
绝缘层，在它之上再蒸发一层金属铝，引出线称为栅极G。
在栅极未加正电压时，源漏之间有两个方向相反的PN结，在源漏之间加电压U
DS
，
由于总会有一个PN结是反向偏置，所以管子不会有电流，处于截止状态，i
DS
=0A。
当在栅极加正电压U
GS ，在衬底表面将会感应电子。
但在U
GS
较小时，感应的电子浓
度小，在S和D之间还不能形成导电沟道。
当U
GS
增加到一定值就会感应出足够的电子，在衬底表面形成N型层，将源极和漏极连接起来，形成了导电沟道（N沟道）。
此时，在源极和漏极之间加电压U
DS 便会产生电流i
D
，即管子为导通状态。
开始形
成导电沟道的栅极电压称为开启电压V
NT
（一般在1～2V）。
当U i =V DD －V TL （高电平）时，工作点在C 点，这时两管有同一电流流过，输出低电平V OL 。
为了保证V OL ≤0.3V ，要求TL 的导通电阻r DSL 远大于T O 的导通电阻R DSL 。
导通电阻与沟道的长宽比L/W 成正比，所以要求T L 管的L L /W L 远大于T O 管的L O /W O ，即两者应保持一定的比例关系，称为有比型电路，通常采用典型比例10︰1。
由于有比型电路中，两个MOS 管的沟道尺寸差异很大，占用芯片面积大，不利于提高集成度。
这类反向器的特点是：单一电源，电路结构简单；TL 管总是工作在饱和区，工作速度低，功耗低；输出高电平为V DD －V TL ，电源电压未充分利用。
（2）N 沟道耗尽型MOS 管。
这种类型的MOS 管与增强型类似，但在制造时，在S 与D 极间的衬底表面上已形成了N 型沟道，因而栅压U GS 为0V 时，仍有导电沟道存在，在源极和漏极之间加电压U DS 即有电流i D 。
在栅极加负电压，N 型沟道变浅，栅压负到一定数值，以致把这条N 型导电沟道全部耗尽时，MOS 管就不能导通，所以称之为耗尽型，此时的栅压称为夹断电压V IN 。
3. P MOS 管
（1）P 沟道增强型MOS 管。
用N 型硅片作衬底，在其上扩散两个P 区，并在栅极上加负电压，可形成P 沟道增强型MOS 管。
一般它的开启电压为V TP =-（1-2.5）V 。
在P 型沟道中，载流子是空穴，由于空穴的迁移率约为电子迁移率的一半，所以P MOS 管的效率比N MOS 管要低。
（2）P 沟道耗尽型MOS 管。
这类MOS 管在制造过程中，即使栅压为0V 时也有P 沟道形成，当栅压加正电压并达到一定的值时，P 沟道被耗尽，该MOS 管不能导通。
此类MOS 管制作的工艺复杂，在实际的集成电路中很少使用。
MOS 晶体管的静态特性
以N 沟道增强型MOS 管为例来讨论MOS 关的主要特性。
1．输出特性曲线
输出特性曲线是表示在一定的U
GS 下，i
DS
和U
DS
之间关系的曲线。
N沟道增强型的MOS
管的输出特性曲线如图3-45所示。
下面我们来解释一下该曲线的含义及相关的概念。
∙非饱和区：U DS值较小，在满足U DS＜U GS－V TN时，i DS与U DS近似成线性关系。
当U
GS 增大，则形成的导电沟道越宽，相应的等效电阻越小，所以i
DS
越大；当U
GS
一定时，沟道电阻也为定值，所以U
DS 越大使电子流动加快，i
DS
便线性增加。
非
饱和区又称为可调电阻区。
∙饱和区：U DS增加到U DS≥U GS－V TN之后，在漏极附近的沟道被夹断，即导电沟
道要缩短，形成空间电荷区，其中电子是在电压作用下吸入漏极D，形成i
DS。
由
于沟道两端的电压恒定，所以i
DS 基本上保持不变。
i
DS
与U
DS
近似无关。
对应不同
的U
GS ，使电流趋于饱和的U
DS
也不同，在输出特性曲线上，把满足U
DS
=U
GS
－V
TN
的
临界点连接起来便构成非饱和区和饱和区的分界线，我们称之为临界线，如图3-45中的虚线。
∙截止区：当U GS＜V TN时，没有导电沟道，i DS≈0A。
由以上的分析可知，MOS管在作开关用时，在开关信号的作用下交替工作在截止与导通状态。
2．转移特性曲线．
输出特性曲线是表示在一定的U
GS 下，i
DS
和U
DS
之间关系的曲线。
N沟道增强型的MOS
管的输出特性曲线如图3-45所示。
下面我们来解释一下该曲线的含义及相关的概念。
图3-45 N沟道增强型MOS管特性曲线
转移特性是指在漏源电压U
DS 一定时，i
D
与栅极控制电压U
GS
之间的关系，如图3-46
所示，当U
GS ＜V
TN
时，i
DS
=0；当U
GS
＞V
TN
时，在U
DS
作用下才形成i
DS。
五．授课小结：
1.C-MOS晶体管的三种分类和他们之间的差异。
2.C-MOS管晶体管的静态特性图
六．课后作业
课本P126页 3.3，3.4题。