4-4MOS场效应晶体管
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。
MOS管介绍解读
MOS管介绍解读MOS管是一种双极性场效应晶体管（FET），也称为MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。
它是一种由金属层、氧化物层和半导体层构成的晶体管。
MOS管被广泛用于数字电路、模拟电路和功率放大器等应用中，因为它具有很高的开关速度、较低的功耗和较高的承受电压能力。
MOS管的工作原理是通过控制栅极电压来控制电流的流动。
当栅极电压为零时，MOS管处于关闭状态，没有电流流过。
当栅极电压增加到临界值以上时，MOS管进入开启状态，允许电流流过。
MOS管的导电能力主要取决于栅极电压与漏极电压之间的差异。
当栅极电压较高时，MOS管的导电性较好，电流流过的能力较大。
相反，当栅极电压较低时，MOS管的导电性较差，电流流过的能力较小。
MOS管有两种类型，分别是N沟道MOS管和P沟道MOS管。
它们的区别在于所使用的材料类型和电流流动方向。
N沟道MOS管使用N型半导体材料构成，通过负栅极电压来控制正电流的流动。
P沟道MOS管使用P型半导体材料构成，通过正栅极电压来控制负电流的流动。
这两种类型的MOS管可以用于不同的应用中，具体选择取决于电路设计和所需的电流极性。
与其他晶体管相比，MOS管具有许多优势。
首先，MOS管的开关速度较快，可以实现高频率的信号放大和处理。
其次，MOS管的功耗较低，因为它只需要很小的电压来控制电流流动。
此外，MOS管可以承受较高的电压，使其适用于高功率应用。
另外，MOS管具有良好的线性特性和温度稳定性，可以在不同的工作条件下提供稳定的性能。
MOS管还有一些应用注意事项。
首先，由于MOS管是压阻性器件，它的输入特性受到栅极电容的影响。
因此，在高频应用中，需要注意匹配负载和输入电容，以避免信号衰减和失真。
其次，MOS管还有最大额定电压和最大额定电流。
在设计电路时，需要确保不超过这些限制，以防止损坏MOS管。
最后，MOS管的工作温度范围也需要考虑，因为过高或过低的温度可能会影响性能和寿命。
(完整版)第四章场效应管习题答案..
第四章 场效应管基本放大电路4-1 选择填空1．场效应晶体管是用_______控制漏极电流的.a 。
栅源电流b 。
栅源电压c 。
漏源电流d 。
漏源电压 2．结型场效应管发生预夹断后，管子________。
a 。
关断b 。
进入恒流区c 。
进入饱和区 d. 可变电阻区 3．场效应管的低频跨导g m 是________.a. 常数 b 。
不是常数 c. 栅源电压有关 d. 栅源电压无关 4。
场效应管靠__________导电.a 。
一种载流子b 。
两种载流子 c. 电子 d. 空穴 5。
增强型PMOS 管的开启电压__________。
a. 大于零 b 。
小于零 c. 等于零 d. 或大于零或小于零 6. 增强型NMOS 管的开启电压__________。
a. 大于零b. 小于零 c 。
等于零 d. 或大于零或小于零 7. 只有__________场效应管才能采取自偏压电路。
a. 增强型b. 耗尽型 c 。
结型 d 。
增强型和耗尽型 8. 分压式电路中的栅极电阻R G 一般阻值很大,目的是__________。
a 。
设置合适的静态工作点b 。
减小栅极电流c. 提高电路的电压放大倍数 d 。
提高电路的输入电阻 9. 源极跟随器(共漏极放大器)的输出电阻与___________有关。
a. 管子跨导g m b 。
源极电阻R S c. 管子跨导g m 和源极电阻R S 10。
某场效应管的I DSS 为6mA ，而I DQ 自漏极流出，大小为8mA ，则该管是_______.a 。
P 沟道结型管b 。
N 沟道结型管c 。
增强型PMOS 管d 。
耗尽型PMOS 管e 。
增强型NMOS 管 f. 耗尽型NMOS 管解答：1。
b 2。
b 3.b ，c 4. a 5.b 6.a 7。
b,c 8。
d 9.c 10。
d4-2 已知题4—2图所示中各场效应管工作在恒流区,请将管子类型、电源V DD 的极性（+、—)、u GS 的极性（>0，≥0，〈0,≤0，任意）分别填写在表格中。
MOS场效应晶体管
在平带条件下对应的总电容称为MOS 结构的平带电容CFB
CFB
tOX
OX0
1 2
OSX
LD
右图表示了P型半 导体MOS结构的理 想C-U曲线
MOS电容-电压曲线
4.1.2 实际MOS 结构及基本特性
几种影响理想MOS结构的特性 1.功函数差的影响
左图为几种主要硅栅极材料 的功函数差随浓度的变化
BU GSEOX (matxO)X 实际MOS场效应晶体管栅-源之间的击穿电压，将比 上式的计算值更低。
4.4.4 输出特性曲线与直流参数
Ⅰ区：非饱和区。 Ⅱ区：饱和区。 Ⅲ区：雪崩区。 Ⅳ区：截止区。
MOS场效应晶体管的完整输出特性曲线
不同USB值下的MOSFET输出特性曲线 a) USB=0V b) USB=1V c) USB=2V d) USB=4V
IDS U G SU TUDS 1 2UD2S
3. 饱和区的伏安特性
IDsat 12UGSUT 2
饱和时沟道电荷和电场分布
线性工作区对应上图的直线段1 非饱和区对应与曲线上的段2 饱和区则对应于曲线上的段3
4.4.2 亚阀区的伏安特性
当栅极电压UGS稍低于阀值电压UT，甚至UGS=0时，在栅 氧化层正电荷作用下，栅下P型半导体的表面很可能处于 弱反型状态，沟道中仍有很小的漏电流通过。
通常将栅源电压低于阀值电压，器件的工作状态处于亚阀 值区，流过沟道的电流成为亚阀值电流。
弱反型时亚阀值电流由下式给出
IDSqW qETS Dn
L1nP0eqTUS
1eqUTDS
Wn
L
qT2q2q0NAU S S
1
2
ni2 NA
q US
MOS场效应管
MOS场效应管MOS晶体管金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。
MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-ICMOSFET的结构MOSFET是Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的英文缩写，平面型器件结构，按照导电沟道的不同可以分为NMOS和PMOS器件。
MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGS实现对水平IDS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。
NMOS和PMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。
简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N 型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。
如图所示，两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。
器件的栅电极是具有一定电阻率的多晶硅材料，这也是硅栅MOS器件的命名根据。
在多晶硅栅与衬底之间是一层很薄的优质二氧化硅，它是绝缘介质，用于绝缘两个导电层：多晶硅栅和硅衬底，从结构上看，多晶硅栅-二氧化硅介质-掺杂硅衬底(Poly-Si--SiO2--Si)形成了一个典型的平板电容器，通过对栅电极施加一定极性的电荷，就必然地在硅衬底上感应等量的异种电荷。
这样的平板电容器的电荷作用方式正是MOS器件工作的基础。
MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如图2所示。
图2中各部分的物理意义为：（1）LG和RG代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称：MOSFET （简写：MOS ）中文名称：功率场效应晶体管（简称：场效应管）场效应晶体管简称场效应管，它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比，场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体（内部只有一种载流子一多子）分四类：N沟通增加型；P沟通增加型;N沟通耗尽型；P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极，栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样，场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件，即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意：①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零，管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化，VTN称为开启电压，约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线：输出特性是在给顶VGS的条件下，ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区：VGS②可变电阻区：VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大，则曲线越陡，D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区：VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点：管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大，相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小，相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时，增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡，将黑表笔接管子的一个电极，用红表笔分别接此外两个电极，如两次测得的结果阻值都很小，则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极，而且是N型沟场效应管。
场效应晶体管
场效应管的测量（5）
（5）用测反向电阻值的变化判断跨导的大小 对ＶＭＯＳ Ｎ沟道增强型场效应管测量跨导性能时，可用红表笔接源极Ｓ、黑表笔接漏极Ｄ，这就相 当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的，管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表 的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档，此时表内电压较高。当用手接触栅极Ｇ时，会发现管的反向电阻值 有明显地变化，其变化越大，说明管的跨导值越高；如果被测管的跨导很小，用此法测时，反向阻值变 化不大。 二、.场效应管的使用注意事项 （1）为了安全使用场效应管，在线路的设计中不能超过管的耗散功率，最大漏源电压、最大栅源电压 和最大电流等参数的极限值。 （2）各类型场效应管在使用时，都要严格按要求的偏置接人电路中，要遵守场效应管偏置的极性。如 结型场效应管栅源漏之间是ＰＮ结，Ｎ沟道管栅极不能加正偏压；Ｐ沟道管栅极不能加负偏压，等等。 （3）MOS场效应管由于输人阻抗极高，所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路，要用金属屏蔽包装， 以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意，不能将MOS场效应管放人塑料盒子内，保存时最好放 在金属盒内，同时也要注意管的防潮。 （4）为了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好 的接地；管脚在焊接时，先焊源极；在连入电路之前，管的全部引线端保持互相短接状态，焊接完后才 把短接材料去掉；从元器件架上取下管时，应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等；当然，如果 能采用先
具体方法：用万用表电阻的R×100档，红表笔接源极Ｓ，黑表笔接漏极Ｄ，给场效应管加 上1.5Ｖ的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的 栅极Ｇ，将人体的感应电压信
场效应管的测量（3）
号加到栅极上。这样，由于管的放大作用，漏源电压VDS和漏极电流Iｂ都要发 生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆 动。如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明 管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。 根据上述方法，我们用万用表的R×100档，测结型场效应管3DJ2F。先将管的 Ｇ极开路，测得漏源电阻RDS为600Ω，用手捏住Ｇ极后，表针向左摆动，指示 的电阻RDS为12kΩ，表针摆动的幅度较大，说明该管是好的，并有较大的放大 能力。 运用这种方法时要说明几点：首先，在测试场效应管用手捏住栅极时，万用表针 可能向右摆动（电阻值减小），也可能向左摆动（电阻值增加）。这是由于人体 感应的交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同（或 者工作在饱和区或者在不饱和区）所致，试验表明，多数管的RDS增大，即表 针向左摆动；少数管的RDS减小，使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何， 只要表针摆动幅度较大，就说明管有较大的放大能力。第二，此方法对MOS场 效应管也适用。但要注意，MOS场效应管的输人电阻高，栅极Ｇ允许的感应电 压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金
4通道mos管
4通道mos管4通道MOS管是一种常见的电子元器件，常用于电路的开关和放大功能。
MOS管是MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）的简称，它由金属-氧化物-半导体三层结构组成。
我们来了解一下MOS管的结构。
MOS管由源极、漏极、栅极和基底四个区域组成。
其中，源极和漏极是N型或P型的半导体材料，栅极是金属材料，而基底是P型或N型的半导体材料。
MOS管的工作原理是通过控制栅极电压来改变源漏间的电流流动情况，实现电路的开关和放大功能。
接下来，我们来看一下4通道MOS管的特点和应用。
4通道MOS管具有四个独立的通道，可以同时控制四个不同的电路。
这种特点使得它在多路开关和多通道放大电路中得到广泛应用。
例如，在音频放大器中，可以使用4通道MOS管来实现对不同频率的信号进行放大；在电源管理电路中，可以利用4通道MOS管来控制不同电压的输出通路。
4通道MOS管还具有快速开关速度和低开关功耗的优点。
它的开关速度可以达到纳秒级别，能够满足高频率开关需求。
而且，由于MOS管的导通电阻很小，因此它的开关功耗也很低，能够节省能源并提高电路效率。
除了以上特点，4通道MOS管还具有较高的抗干扰能力和稳定性。
它的输入电阻很大，能够有效地防止外部干扰信号的影响。
同时，MOS管的工作温度范围较宽，能够适应各种环境条件下的工作要求。
在实际应用中，我们需要根据具体的电路需求选择适合的4通道MOS管。
常见的参数包括最大耐压、最大漏极电流、栅极电压范围等。
此外，还需要考虑MOS管的封装形式，如TO-220、SOT-23等，以便与其他元器件进行连接。
我们还需要注意4通道MOS管的使用注意事项。
首先，要避免超过其额定电压和电流，以免损坏MOS管。
其次，要正确连接源极、漏极和栅极，以确保电路正常工作。
此外，还要注意排热问题，避免过热影响元器件的寿命和性能。
4通道MOS管是一种常用的电子元器件，具有多通道控制、快速开关速度、低功耗、抗干扰能力强等特点。
第八章 MOS场效应晶体管
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD 2FB
e) 氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条 件下，当 TOX = 150 nm 时：
QOX 1.8 ~ 3.0 V COX
以VGS 作为参变量，可以得到不同VGS下的VDS ～ID 曲线族， 这就是 MOSFET 的输出特性曲线。
非
饱
饱
和
和
区
区
将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区， 虚线右侧为饱和区。
5、MOSFET的类型 P 沟 MOSFET 的特性与N 沟 MOSFET 相对称，即： (1) 衬底为 N 型，源漏区为 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的极性以及 ID 的方向均与 N 沟相反。 (3) 沟道中的可动载流子为空穴。 (4) VT < 0 时称为增强型（常关型），VT > 0 时称为耗尽型
MS
QOX COX
K
2FP VS VB
1
2 2FP VS
注意上式中，通常 VS > 0，VB < 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时：
VT
MS
QOX COX
K
2 FP
1 2
2FP
这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。
同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为：
电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化
层电容，COX
OX
TOX
，TOX 为氧化层厚度。
(3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图
场效应管和mos管区别
场效应管和mos管区别
场效应管和MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）都是利用电场控制电流的半导体器件，但它们在结构、性能特点、工作条件要求以及制作工艺和材料等方面存在显著的差异。
1.结构和原理：场效应管是基于电场控制导电通道的原理工作的，具有三个主要端子：源极、漏极和栅极。
而MOS管是一种特殊类型的FET（场效应晶体管），它使用金属-氧化物层来控制其导电通道。
MOS管的主要部分由一块N型或P型半导体材料、一层绝缘层和一层金属电极组成。
2.性能特点：普通的场效应管在栅极电压为负值时，集电极电流为零；而MOS管在栅极电压为正时其集电极电流才为零。
此外，MOS管具有更高的输入阻抗和更低的漏电流。
3.工作条件要求：场效应晶体管的输入电阻很高，因此它不能用于高压电路中，只能用在低压、大电流的场合。
而MOS管则可以在更广泛的条件下工作。
4.制作工艺和材料：金属-氧化物半导体场效应器件的生产工艺比MOSFET要复杂得多，包括外延生长、光刻技术、注入技术和封装等步骤。
此外，金属-氧化物的导电能力差且价格高，使得用该材料制作的器件很难达到很高的集成度和很低的功耗水平。
综上所述，场效应管和MOS管在结构、性能特点、工作条件要求以及制作工艺和材料等方面存在明显的差异。
这些差异使得它们在不同的应用场景中各有优势，需要根据具体需求进行选择。
mos晶体管的工作原理
mos晶体管的工作原理MOS晶体管的工作原理。
MOS晶体管，全称金属-氧化物-半导体场效应晶体管，是一种常见的电子器件，广泛应用于集成电路和数字电路中。
它的工作原理是基于场效应，通过控制栅极电压来调节源极和漏极之间的电流，从而实现信号放大和开关控制等功能。
MOS晶体管由金属栅极、氧化物绝缘层和半导体衬底组成。
当栅极上施加一个电压时，栅极和半导体之间会形成一个电场，这个电场会影响半导体中的载流子浓度分布，从而改变源极和漏极之间的电流。
栅极电压的变化可以在源极和漏极之间产生电场效应，进而控制电流的变化，实现对信号的放大和调节。
MOS晶体管有两种工作方式，分别是增强型和耗尽型。
增强型MOS晶体管在没有栅极电压的情况下，源极和漏极之间不会有电流通过，需要通过施加正向电压到栅极才能开启。
而耗尽型MOS晶体管在没有栅极电压时，源极和漏极之间会有一定的电流通过，需要通过施加负向电压到栅极才能关闭。
MOS晶体管在数字电路中应用广泛，可以实现逻辑门、存储器等功能。
在集成电路中，MOS晶体管的尺寸越小，功耗越低，速度越快，因此在芯片制造技术不断进步的今天，MOS晶体管已成为集成电路的主要组成部分。
除了在数字电路中的应用，MOS晶体管还可以应用于模拟电路中，实现信号放大、滤波等功能。
通过调节栅极电压，可以实现对信号的放大和调节，因此MOS晶体管在模拟电路中也有着重要的应用价值。
总的来说，MOS晶体管通过栅极电压的调节来控制源极和漏极之间的电流，实现对信号的放大和开关控制。
它在数字电路和模拟电路中都有着广泛的应用，是现代电子技术中不可或缺的重要组成部分。
随着集成电路技术的不断进步，MOS晶体管的性能和应用领域也将不断扩展和深化。
场效应晶体管
场效应晶体管一、场效应晶体管概述场效应晶体管(FET)简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、温度系数低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
场效应管工作时只有一种极性的载流子参与导电，所以场效应管又称为单极型晶体管。
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（IGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
二、场效应晶体管与半导体晶体管的异同1、外形相同场效应晶体管与半导体晶体管（双极晶体管）的封装外形基本相同，也有B型、F型、G型、TO-3型金属封装外形和S-1型、S-2型、S-4型、TO-92型、CPT型、TO-126型、TO-126FP 型、TO-202型、TO-220型、TO-247型、TO-3P型等塑料封装外形。
2、结构及工作原理不同场效应晶体管属于电压型控制器件，它是依靠控制电场效应来改变导电沟道多数载流子（空穴或电子）的漂移运动而工作的，即用微小的输入变化电压V G来控制较大的沟道输出电流I D，其放大特性（跨导）G M=I D/V G；半导体晶体管属于电流通渠道型控制器件，它是依靠注入到基极区的非平衡少数载流子（电子与空穴）的扩散运动而工作的，即用微小的输入变化电流I b控制较大的输出变化电流I c，其放大倍数β=I c/I b。
场效应管简介
绝缘栅场效应管(MOS管)
1、 的分类：绝缘栅场效应管也有两种结构 形式，它们是N沟道型和P沟道型。无论是什么沟道，它们又分为增强 型和耗尽型两种。 2、它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属—氧化物— 半导体场效应管，简称MOS场效应管。 3、绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)它是 利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形 成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时， 通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出 较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道， 即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内 被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流 ID随着栅极电压的变化而变化。 场效应管的工作方式有两种： 当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型；当栅压为零，漏极电流 也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。
基本特点
场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三
极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与 双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点： （1）场效应管是电压控制器件，它通过VGS来控制ID； （2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。 （3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好； （4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放 大电路的电 压放大系数； （5）场效应管的抗辐射能力强； （6）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散
绝缘栅场效应管
应用领域
场效应管（fet）是电场效应控制电流大小的单
极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电 流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、 制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成 电路中被应用。 场效应器件凭借其低功耗、 性能稳定、抗辐射能力强等优势，在集成电路中 已经有逐渐取代三极管的趋势。但它还是非常娇 贵的，虽然现在多数已经内置了保护二极管，但 稍不注意，也会损坏。所以在应用中还是小心为 妙。
4.1_MOS场效应晶体管的结构工作原理和输出特性
B
N沟道增强型MOSFET的符号如
左图所示。左面的一个衬底在内部与
S
源极相连，右面的一个没有连接，使
用时需要在外部连接。 动画2-3
4.1.2 N沟道增强型MOSFET的工作原理
对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进行
讨论，一是栅源电压UGS对沟道会产生影响，二是漏源电压UDS也会对 沟道产生影响，从而对输出电流，即漏极电流ID产生影响。
3. N沟道增强型MOSFET的特性曲线
N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线有两条，转移特性曲线和漏
极输出特性曲线。
1．转移特性曲线 ID/ m A
N沟道增强型MOSFET的转移特 性曲线如左图所示，它是说明栅源电
U DS 10V
压UGS对漏极电流ID的控制关系，可
4
用这个关系式来表达，这条特性曲线
S iO 2
取一块P型半导体作为衬底，用 B表示。
用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜 绝缘层。
然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。
扩散两个高掺杂的N型区。从而 形成两个PN结。（绿色部分）
B
从N型区引出电极，一个是漏极
D，一个是源极S。
D
B
G
G
精选可编辑ppt
S
7
D
在源极和漏极之间的绝缘层上镀
一层金属铝作为栅极G。
⑥ 最大漏极功耗PDM
最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型 三极管的PCM相当。
精选可编辑ppt
25
(2)场效应三极管的型号
场效应三极管的型号, 现行有两种命名方法。其一是与 双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代 表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反 型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如, 3DJ6D是结型N沟 道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三管。
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管分类及区别
mos管分类及区别一、什么是MOSFETMOSFET(MOS场效应晶体管）是一种由摩尔定律驱动的场效应晶体管，它是一种电子电路的重要组成部分。
MOSFET由一个晶体管、两个电极和一种层状晶体组成，它的工作原理是在晶体管内部建立一种弥散场，让两个电极间系统通过电子流或离子流在此间进行对话。
二、MOSFET的分类1.根据结构可将MOSFET分为四大类：(1)单极型MOSFET（JFET）：这种类型MOSFET最常见，它由一个单独的晶体管、三个引线和一个漏极组成。
它的工作原理是在晶体管内部建立一个非常弱的弥散场，弥散场的大小可以调节，用以控制电流的流动。
(2)双极型MOSFET（MosFET。
）：这种MOSFET由两组晶体管连接而成，每组中包括一个漏极和一个栅极。
当栅极电压高于漏极电压时晶体管处于导通状态，反之电流流动会被阻隔。
(3)可控硅（SCR）：可控硅是一种特殊形式的双极型MOSFET，可控硅由多个晶体管组成，具有更加可靠的工作特性，具有更低的静态电消耗，可控硅在马达控制、设备故障保护、分子流控等场合中应用十分广泛。
(4)充电/放电器件（Damp）：这种类型的MOSFET具有存储电荷和放电功能，在内部有一个可控制的好离子层，因此可用作电容或内部电路高压电源的装置。
2.根据功能可将MOSFET分为5类：(1)普通功率晶体管（Power MOSFET）：这种MOSFET主要用于功率转换，如DC - DC转换器、AC - DC转换器等，它们的器件电阻比较低，可以高效率的实现大功率电转换。
(2)可控硅（SCR）：这种MOSFET属于双极型的，可控硅的特点是电阻低、瞬时功率大，可用于马达控制、电磁阀控制、工厂设备故障保护等多种电源应用中。
(3)整流晶体管（Rectifier MOSFET）：这种MOSFET主要用来实现DC - AC、AC - AC之间的电压变化，它具有更低的静态电消耗，能够实现更高效率的电压转换。
MOS管各项参数介绍
MOS管各项参数介绍MOS管，即金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一种重要的半导体器件，常用于集成电路中。
下面简要介绍一些MOS管的各项参数。
1. 阈值电压（Threshold voltage）：阈值电压是指在MOS管的栅极-漏极电压（VGS）不大于零时，漏极电流（ID）在较低水平的临界点。
这是控制MOS管导通与截止转换的重要参数。
2. 分布电容（Distributed Capacitance）：MOS管的栅极与漏极之间以及栅极与源极之间会存在电容，称为分布电容。
它会影响MOS管的高频特性。
3. 导通电阻（On-resistance）：导通电阻是指MOS管导通时的沟道电阻。
低导通电阻意味着MOS管能够承受更大的电流，具有更好的导电性能。
4. 漏极电流（Drain Current）：漏极电流是指MOS管从漏极处流出的电流。
它与栅极-源极电压、栅极-漏极电压等参数有关。
5. 饱和区漏极电流（Saturation Drain Current）：当MOS管的栅极-源极电压（VGS）大于阈值电压时，漏极电流会进入饱和区。
饱和区漏极电流是MOS管在这种情况下的最大漏极电流。
6. 漏极饱和电压（Saturation Drain Voltage）：漏极饱和电压是指MOS管在饱和区时的栅极-漏极电压。
当栅极-漏极电压超过漏极饱和电压时，MOS管会进入饱和区。
7. 负温度系数（Negative Temperature Coefficient）：MOS管具有负温度系数，即漏极电流与温度呈负相关。
当温度升高时，MOS管的漏极电流会下降。
8. 压降（Voltage drop）：在MOS管中，电流从源极到漏极经过一个沟道，会产生一定的电压降。
这个电压降可以通过改变栅极电压来调控。
9. ESD保护（Electrostatic Discharge Protection）：为了保护MOS管免受静电放电（ESD）的损坏，常常需要在输入端加入ESD保护电路。
mos场效应管制作工艺的基本步骤
一、介绍mos场效应管MOS场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）是一种常用的场效应晶体管，被广泛应用于集成电路和功率放大器中。
它具有高输入电阻、低噪声系数、高频率特性和较高的可靠性，因此在电子行业中拥有广泛的应用。
二、MOS场效应管的制作工艺1. 基础工艺准备MOS场效应管的制作首先需要准备硅衬底，通常是n型或p型硅衬底。
在准备硅衬底之前，需要对硅片进行清洗、抛光和去除常见的杂质和附着物，以确保硅衬底表面的光洁度和平整度。
2. 渗透层制备接下来是为了增强氧化层和MOS栅极的定位而形成的渗透层的制备。
渗透层主要由P型或N型多晶硅薄膜组成，其厚度通常在200-300nm之间。
3. 氧化层生长氧化层的生长通常使用干法氧化或湿法氧化的方法。
干法氧化是通过高温下氧化气体的作用，在硅表面生长出氧化层；湿法氧化则是在加热的气氛中，采用水蒸气和氧气混合气体生长氧化层。
氧化层的厚度通常在20-300nm之间。
4. 光刻工艺在氧化层上，在所需要的位置上，通过光刻胶技术进行图案设计，然后投射紫外光，再通过显影和蚀刻等工艺将所需的图案转移到氧化层上。
5. 栅极制备在光刻工艺过程中形成的图案将作为掩膜，用于栅极的形成。
通常使用富勒烯等材料来用于栅极的制备。
6. 接触沟槽制备通过刻蚀技术，形成MOSFET的接触沟槽。
接触沟槽是用于源漏掺杂（通常为N+或P+掺杂）的区域。
7. 接触金属制备在接触沟槽中形成接触金属，通常使用铝或金属合金作为接触金属。
这一步骤需要经过金属蒸发或其他金属沉积工艺。
8. 清洗和退火对制备好的MOSFET晶体管进行清洗和热退火处理，来确保晶体管的结构完整和性能稳定。
三、总结MOS场效应管的制作工艺是一个复杂而精细的过程，需要多种材料和工艺的结合。
它的制备包括了硅片准备、渗透层制备、氧化层生长、光刻工艺、栅极制备、接触沟槽制备、接触金属制备和清洗和退火等基本步骤。
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平方律关系
截止， 夹断区
当UGS > UT 时，随着UGS的增加，沟道中导电载流子数量增多， 沟道电阻减小，在一定的UDS的作用下，漏极电流上升。 UGS < UT 后，进入亚阈值区 亚阈值区工作，漏极电流很小。 亚阈值区
UTN ，开启电压
4.1.3 MOSFET的分类 的分类 根据导电沟道的起因和沟道载流子的类别可分成4种 ; 1、N沟道和 沟道 、 沟道和 沟道MOS场效应晶体管 沟道和P沟道 场效应晶体管 N沟道 沟道MOS场效应晶体管 沟道 场效应晶体管 制作在P型衬底上，漏-源区为重掺杂N+区； 导电载流子是N型导电沟道中的电子 电子; 电子 加上漏-源偏压后，输运电流的电子从源端流向漏端。 漏-源偏压为正，相当于NPN晶体管的集电极偏压；
4.1 MOS场效应晶体管结构、工作原理和输出特性 场效应晶体管结构 工作原理和 场效应晶体管结构、 MOS管结构 管
源极(Source) 栅极Al (Gate) 漏极(Drain)
绝缘层SiO2(Insulator) 保护层
表面沟道(Channel) Ohmic contact 衬底电极(Substrate)
第四章 MOS场效应晶体管 场效应晶体管
双极晶体管：参加工作的不仅有少数载流子，也有多数载 双极晶体管：参加工作的不仅有少数载流子，也有多数载 少数载流子 流子， 流子，故统称为双极晶体管
场效应管： 场效应管：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流 的三极管;一种载流子参与导电，又称单极型 的三极管;一种载流子参与导电，又称单极型 (Unipolar)晶体管。 晶体管。 晶体管
沟道夹断条件 UDS =UGS −UT
UDS +UT =UGS
当电压继续增加到漏端栅绝缘层上的有效电压降低于表面 强反型所需的阈值电压UT 时，漏端表面的反型层厚度减小 到零，即漏端处沟道消失，只剩下耗尽区，这就是：沟道 沟道 夹断。 夹断 使漏端沟道夹断所需加的漏-源电压UDS称为饱和漏-源电压 (UDsat)，对应的电流 I 称为饱和漏-源电流(IDsat)。
MOS场效应晶体管 场效应晶体管 场效应
MOS Field Effect Transistor Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor
4.1 MOS管的结构、工作原理和输出特性 管的结构、 管的结构 4.1.1 MOS场效应晶体管的结构 4.1.2 基本工作原理和输出特性 4.1.3 MOS场效应晶体管的分类 4.5 MOS管的交流小信号参数和频率特性 管的交流小信号参数和频率特性 4.2 MOS场效应晶体管的阈值电压 场效应晶体管的阈值电压 4.5.1 MOS场效应管的交流小信号参数 4.2.1 MOS管阈值电压的定义 4.5.2 MOS场效应晶体管的频率特性 4.2.2 MOS管阈值电压的表示式 4.6 MOS场效应晶体管的开关特性 场效应晶体管的开关特性 4.2.3 非理想条件下的阈值电压 4.6.1 MOS场效应晶体管瞬态开关过程 4.2.4 影响阈值电压的其他因素 4.6.2 开关时间的计算 4.2.5 阈值电压的调整技术 4.7 MOS场效应晶体管的二级效应 场效应晶体管的二级效应 4.3 MOS管的直流电流 电压特性 管的直流电流-电压特性 管的直流电流 4.7.1 非常数表面迁移率效应 4.3.1 MOS管线性区的电流-电压特性 4.7.2 体电荷效应对电流-电压特性的影响 4.3.2 MOS管饱和区的电流-电压特性 4.7.3 MOS场效应晶体管的短沟道效应 4.3.3 亚阈值区的电流-电压特性 4.7.4 MOS场效应晶体管的窄沟道效应 4.3.4 MOS管击穿区特性及击穿电压 4.8 MOS场效应晶体管温度特性 场效应晶体管温度特性 4.4 MOS电容及 电容及MOS管瞬态电路模型 电容及 管瞬态电路模型 4.8.1 热电子效应 4.4.1 理想MOS结构的电容-电压特性 4.4.2 MOS管瞬态电路模型-SPICE模型 4.8.2 迁移率随温度的变化 4.8.3 阈值电压与温度关系 4.8.4 MOS管几个主要参数的温度关系
电路中的电学符号——教材有误
M OSFET 的 类型 ： 增强型 N 沟 道 M OS 管 （ E 型 N M OSFET） ） 耗尽型 N 沟 道 M OS 管 （ D 型 N M OSFET ） 增强型 P 沟 道 M OS 管 （ E 型 P M OSFET） ） 耗尽型 P 沟 道 M OS 管 （ D 型 P M OSFET） ）
导电沟道呈现一个楔形 沿沟道有电位梯度
表面强反型形成导电沟道时，沟道呈现电阻特性，漏-源电流通 过沟道电阻时，将在其上产生电压降。 UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。 栅绝缘层上的有效电压降从源到漏端逐渐减小，UDS很大时，降 落在栅下各处绝缘层上的电压不相等，反型层厚度不相等，因而 导电沟道中各处的电子浓度不相同；
源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，IDS = 0
UGS≠0, UDS≠0，表面形成沟道，漏区与源区连通，电流明显； ——器件导通 导通
漏-源输出特性 源
曲线与虚线的交点为“夹断点 夹断点” 夹断点
预夹断轨迹
可变电 阻区
恒流区(放大区或饱和区) 击穿区
夹断区(截止区)
下面分区讨论 各区的特点
Operation Modes （1）截止区特性（UGS <UT 开启电压）
外加栅电压UGS在表面产生感应负电荷，随着栅极电压的增加，表 面将逐渐形成耗尽层。但耗尽层电阻很大，流过漏—源端的电流很 小，也只是PN结反向饱和电流，这种工作状态称为截止状态 截止状态。 截止状态
（2）线性区特性（UGS ≥UT）——曲线OA段 表面形成反型层时，反型层与衬底间 同样形成PN结，这种结是由表面电 场引起的; ——场感应结 场感应结
X dm 2 ε 0 ε S (2ψ F = qN B )
1 2
(向衬底方向的厚度)
电荷密度也达到最大值 Q Bm = qN B X dm 电中性条件要求 QG + QSS + QBm + Qn = 0 反型层(inversion layer)电子只存在于极表面的一层 极表面的一层，简化为 极表面的一层 QG + QSS + QBm = 0 理想条件下的阈值电压 忽略氧化层中的表面态电荷密度 QG = −QBm = −[2ε 0ε S N B (2ψ F )] 理想情况下，表面势完全产生于外加栅极电压
UDS≠0
④ 使半导体表面势US =2ψ F, ψ F 为衬底半导体材料的费米 势，US的大小相当于为使表
外推
面强反型所需加的栅电压。
③工作在饱和区时，将栅压与沟道电流关 系曲线外推到零时所对应的栅电压；
4.2.2 阈值电压的相关因素 阈值电压——表面出现强反型时所加的栅-源电压； 强反型——表面积累的少子浓度等于甚至超过衬底 多子浓度的状态； 电荷分布 Charge Distribution
漏源电流基本上不随UDS的增大而上升。
（5）击穿特性——曲线BC段
当UDS 达到或超过漏端PN结反向击穿电压时，漏端PN结 发生反向击穿；
转移特性( 转移特性 输入电压-输出电流) MOS晶体管的转移特性：漏源极电流IDS随栅源电压UGS变 转移特性： 转移特性 化的曲线，反映控制作用的强弱
管子工作于放大区时函数表达式
P沟道 沟道MOS场效应晶体管 沟道 场效应晶体管
制作在N型衬底上，漏-源区为重掺杂P+区 栅极施加负压时，表面出现强反型而形成P型导电沟道; 传输电流的导电载流子是空穴 空穴; 空穴 在漏-源电压作用下，空穴经过P型沟道从源端流向漏端; 漏-源偏压为负，相当于PNP晶体管的集电极偏置电压;
增强型和耗尽型 按零栅压时(UGS＝0 ), 是否存在导电沟道来划分； 增强型器件 UGS = 0时，不存在导电沟道，漏源间被背靠背的PN结二 0 PN 极管隔离，即使加上漏源电压，也不存在电流，器件处 于“正常截止状态 正常截止状态”； 正常截止状态
surface potential 2( Ei − EF ) US≥ 2ψ F = N沟强反型时能带图 Strong Inversion EF
q
P型衬底 band bending
ψ Fp
NA kT = ln q ni
金属栅板上的面电荷密度
衬底掺杂浓度NB 表面态电荷密度
+ 导电电子电荷面密度
表面耗尽层 空间电荷面密度
原理： 原理：利用改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道 的导电能力而实现放大作用; 的导电能力而实现放大作用
单极型器件(靠多数载流子导电)； 输入电阻高：可达1010Ω(有资料介绍可达1014Ω） 特 点
OUTLINE
以上、抗辐射能力强 ； 制作工艺简单、易集成、热稳定性好、功耗小、 体积小、成本低。
耗尽型器件 当衬底杂质浓度低, 而SiO2层中的表面态电荷密度又 较大，在零栅压时，表面就会形成反型导电沟道，器件 处于导通状态; 要使沟道消失，必须施加一定的反向栅压，称为阈值 阈值 电压(夹断电压 电压 夹断电压)； 夹断电压 二者的差别：在于耗尽型管的二氧化硅绝缘层中掺有大量 的碱金属正离子 正离子(如Na++或K++)，会感应出大量的电子。 正离子
Ideal MOS Curves
Semiconductor surface
Neutrals region
Oxide
Inversion region Depletion region
P-type silicon
Band diagram
(p-type substrate)
表面强反型时，表面耗尽层(surface depletion-layer)宽度达到最大
（4）饱和区特性——曲线AB段 继续增加UDS比UDsat大得多时, (UDS −UDsat )将降落在漏端附 近的夹断区上,夹断区将随UDS的增大而展宽, 夹断点将随UDS 的增大而逐渐向源端移动,导电沟道的有效厚度基本不再改 变，栅下面表面被分成反型导电沟道区和夹断区两部分。