金属氧化物半导体场效应晶体管

PN结的形成过程
• 在无外电场和其它激发作用下，参与扩散 运动的多子数目等于参与漂移运动的少子 数目，从而达到动态平衡，形成PN结。
晶体管
• 晶体管，本名是半导体三极管，是内部含 有两个PN结，外部通常为三个引出电极的 半导体器件。
• 由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作 用的晶体三极管，双极型晶体管有两种基 本结构：PNP型和NPN型。
ID/mA VDS = 5V
ID/mA VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V
4.5V
4V 3.5V 0 1 2 3 4 5 V /V GS 0 VDS = 5V VDS /V
转移特性曲线中,ID ≈0 时对应的VGS值, 即开启电压VGS（th） 。
NEMOS管输出特性曲线
• 输出特性曲线可划分四个区域：非饱和区、饱和 区、截止区、击穿区。 非饱和区（又称可变电阻区） 特点：ID同时受 UGS与UDS的控制。
输出特性曲线
• ID =0 时对应的VGS值 夹断电压VGS（off） 。 • VGS=0 时对应的ID 值 饱和漏电流IDSS
ID/mA
VDS = VGS –VGS(th) VGS =1V
0. 5V
ID/mA
0V
-0. 5V - 1V -1. 5V
0
-1. 8V
VDS /V
VGS(th)
0
VGS /V
金属－氧化物－半导体场效应晶体管
Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor MOSFET
姓名：黄钰凯 导师：凌智勇
半导体
• 定义：半导体( semiconductor），指常温下导电 性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间 的材料。
晶体管的Leabharlann Baidu性曲线
• 截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线 的下方。此时， vBE小于死区电压。此时， 发射结和集电结均反向偏置
金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET)
• MOSFET由一个MOS电容和靠近MOS栅控区域 的两个PN结组成。 Source Gate
• 栅 氧化层 硅衬底
w
Drain
SiO2
n
n
源区－沟道区－漏区
Body
N沟道增强型MOSFET
• 结构
器件版图和结构参数
• 结构参数：沟道长度 L、沟道宽度 W 、栅氧化层 厚度T 、 源漏PN结结深X • 材料参数：衬底掺杂浓度 N、载流子迁移率u
工作原理
• 电路连接
S P+ N+
VDS
双极型晶体管分类
• NPN型三极管，由三块半导体构成，其中 两块N型和一块P型半导体组成，P型半导 体在中间，两块N型半导体在两侧。
双极型晶体管分类
• 由两块P型半导体中间夹着一块N型半导体 所组成的三极管，称为PNP型三极管。
晶体管的特性曲线
饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内， 一般vCE＜0.7V (硅管)， iC不受iB控制。此 时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压 很小。 • 放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本 平行等距，说明iC主要受iB控制此时，发射 结正偏，集电结反偏。
半导体按化学成分分类
• 锗和硅是最常用的元素半导体； • 化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物 （砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化 合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、 铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和 Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓 砷磷等）。
半导体按结构分类
• P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电， 掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就 越高，导电性能也就越强。 • N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元 素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位 置形成N型半导体。
+
D N+
U
VGS - +
G
栅衬之间相当 于以SiO2为介质 的平板电容器。
P
直流特性的定性描述：转移特性
• 工作在饱和区时， MOS 管的正向受控作用， 服从平方律关系式： IDS
n COXW 2 ID (VGS VGS(th) ) 2l
VTn
VDS Consant
VGS
• 转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID 的控制作用,可由输出特性转换得到。
ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V
4.5V 4V 3.5V 0 VDS /V
NEMOS管输出特性曲线
饱和区（又称恒流区）特点：ID只受UGS控制，而与UDS近 似无关，表现出类似三极管的正向 受控作用。
ID
n COXW
2l
(VGS VGS(th) ) 2
VGS(th)—开启电压，开始有ID时对应的VGS值 击穿区 截止区（ID =0以下的区域）IG≈0，ID≈0