模电第四章分析解析
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但不会产生iD。这个电场是排斥空穴而吸
引电子的，因此，使栅极附近的P型衬底 中的空穴被排斥，留下不能移动的受主离 子（负离子），形成耗尽层，同时P型衬 底中的少子（电子）被吸引到栅极下的衬 底表面。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理
（2）vGS≥VTN，出现N型沟道
当正的栅源电压达到一定数值时，这 些电子在栅极附近的P型硅表面形成了一 个N型薄层，即电子反型层，这个反型层 实际上就是组成了源漏两极之间的N型导 电沟道。由于它是栅源正电压感应产生的， 所以也称为感生沟道。
当vDS增加到使vGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS
=VT
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 预夹断后，vDS 夹断区延长
沟道电阻 ID基本不变
2. 工作原理
栅源电压的值越大，则作用于半导体 表面的电场就越强，吸引到P型硅表面的 电子就越多，感生沟道将越厚，沟道电阻 的阻值将越小。正如前已初步指出，这种 在vGS=0时没有导电沟道，而必须依靠栅 源电压的作用，才形成感生沟道的FET称 为增强型FET。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理
（2）vGS≥VTN，出现N型沟道
2. 工作原理 （1）vGS=0，没有导电沟道
当栅源短接（即栅源电压vGS=0）时， 源பைடு நூலகம்（N+型）、衬底（P型）和漏区 （N+型）就形成两个背靠背的PN结二极 管，无论vDS的极性如何，其中总有一个 PN结是反偏的。
如果源极s与衬底B相连且接电源VDD 的负极，漏极接电源正极时，漏极和衬底 间的PN结反偏的，此时漏源之间的电阻 的阻值很大，可高达10的12次方Ω量级。
1. 结构（N沟道）
L ：沟道长度 W ：沟道宽度 tox ：绝缘层厚度
通常 W > L
• 它以一块掺杂浓度较低、电阻率较高的P型硅半 导体薄片作为衬底，利用扩散的方法在P型硅中 形成两个高掺杂的N+区。然后在P型硅表面生长 一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在二氧化硅的表 面及N+区的表面上分别安置三个铝电极。
一旦出现感生沟道，原来被P型衬底 隔开的两个N+区被感生沟道连通。因此 此时若有漏源电压，将有漏极电流产生。 一般把漏源电压的作用下开始导电时的栅 源电压称之为开启电压VTH
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （3）可变电阻区饱和区的形成
当vGS=VGS>VTN，如图外加较小的时， 漏极电流将随上升迅速增大，与此相对应， 反映在输出特性OA上。但随着vDS上升， 由于沟道存在电位梯度，从源极到漏极电 位逐渐升高，而栅极电位沿沟道长度方向 是相同的，因此沟道厚度不均匀的；靠近 源端薄，靠近漏端厚。沟道呈现契型。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构（N沟道）
剖面图
符号
• 由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅 极，图为N沟道增强型MOSFET的代表符号。箭 头方向表示P（衬底）指向N，垂直短线代表沟道， 短画线表明在未加适当栅压之前漏极与源极之间 无导电沟道。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （3）可变电阻区饱和区的形成
当vDS上升到一定数值时，靠近漏端 的反型层消失，vDS继续增加，将形成一 夹断区，夹断点向源极方向移动。
但是夹断区比起沟道长度短很多，而 夹断处电场强度很高，仍然能将电子拉过 夹断区（耗尽层）形成漏极电流。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
当vGS≤0时 无导电沟道， d、s间加电压时，也
无电流产生。
当0<vGS <VT 时
产生电场，但未形成导电沟道（感生沟 道），d、s间加电压后，没有电流产生。
当vGS >VT 时
在电场作用下产生导电沟道，d、s间加 电压后，将有电流产生。
vGS越大，导电沟道越厚
• 场效应管是一种利用电场效应来控制其 电流大小的半导体器件。
• 优点： • 这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗
电省、寿命长等特点，而且还有输入阻 抗高、噪声低、抗辐射能力强和制造工 艺简单等优点。特别是MOSFET在大规 模和超大规模集成电流中占有重要的地 位。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
d、s之间没有形成导电沟道，因此， iD =0。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理
（2）vGS≥VTN，出现N型沟道
在栅源之间加上正向电压（栅极接正、 源极接负），则栅极（铝层）和P型硅片 相当于以二氧化硅为介质的平板电容器， 在正的栅源电压作用下，介质中便产生了 一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型 衬底的电场（由于绝缘层很薄，即使只有 几伏的栅源电压vGS，也可产生强电场），
场效应管的分类：
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
N沟道 （耗尽型）
P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
4.1 金属-氧化物-半导体 （MOS）场效应管
4.1.1 N沟道增强型MOSFET 4.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 4.1.3 P沟道MOSFET 4.1.4 沟道长度调制效应 4.1.5 MOSFET的主要参数
VT 称为开启电压
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
• 三端口放大器件有FET和BJT两大类
• FET只有一种载流子—电子或者空穴导 电，故称FET为单极型器件。
• FET是电压控制电流器件。
4.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 4.2 MOSFET基本共源极放大电路 4.3 图解分析方法 4.4 小信号模型分析方法 4.8 结型场效应管（JFET）
引电子的，因此，使栅极附近的P型衬底 中的空穴被排斥，留下不能移动的受主离 子（负离子），形成耗尽层，同时P型衬 底中的少子（电子）被吸引到栅极下的衬 底表面。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理
（2）vGS≥VTN，出现N型沟道
当正的栅源电压达到一定数值时，这 些电子在栅极附近的P型硅表面形成了一 个N型薄层，即电子反型层，这个反型层 实际上就是组成了源漏两极之间的N型导 电沟道。由于它是栅源正电压感应产生的， 所以也称为感生沟道。
当vDS增加到使vGD=VT 时，
在紧靠漏极处出现预夹断。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS
=VT
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 预夹断后，vDS 夹断区延长
沟道电阻 ID基本不变
2. 工作原理
栅源电压的值越大，则作用于半导体 表面的电场就越强，吸引到P型硅表面的 电子就越多，感生沟道将越厚，沟道电阻 的阻值将越小。正如前已初步指出，这种 在vGS=0时没有导电沟道，而必须依靠栅 源电压的作用，才形成感生沟道的FET称 为增强型FET。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理
（2）vGS≥VTN，出现N型沟道
2. 工作原理 （1）vGS=0，没有导电沟道
当栅源短接（即栅源电压vGS=0）时， 源பைடு நூலகம்（N+型）、衬底（P型）和漏区 （N+型）就形成两个背靠背的PN结二极 管，无论vDS的极性如何，其中总有一个 PN结是反偏的。
如果源极s与衬底B相连且接电源VDD 的负极，漏极接电源正极时，漏极和衬底 间的PN结反偏的，此时漏源之间的电阻 的阻值很大，可高达10的12次方Ω量级。
1. 结构（N沟道）
L ：沟道长度 W ：沟道宽度 tox ：绝缘层厚度
通常 W > L
• 它以一块掺杂浓度较低、电阻率较高的P型硅半 导体薄片作为衬底，利用扩散的方法在P型硅中 形成两个高掺杂的N+区。然后在P型硅表面生长 一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在二氧化硅的表 面及N+区的表面上分别安置三个铝电极。
一旦出现感生沟道，原来被P型衬底 隔开的两个N+区被感生沟道连通。因此 此时若有漏源电压，将有漏极电流产生。 一般把漏源电压的作用下开始导电时的栅 源电压称之为开启电压VTH
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （3）可变电阻区饱和区的形成
当vGS=VGS>VTN，如图外加较小的时， 漏极电流将随上升迅速增大，与此相对应， 反映在输出特性OA上。但随着vDS上升， 由于沟道存在电位梯度，从源极到漏极电 位逐渐升高，而栅极电位沿沟道长度方向 是相同的，因此沟道厚度不均匀的；靠近 源端薄，靠近漏端厚。沟道呈现契型。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构（N沟道）
剖面图
符号
• 由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅 极，图为N沟道增强型MOSFET的代表符号。箭 头方向表示P（衬底）指向N，垂直短线代表沟道， 短画线表明在未加适当栅压之前漏极与源极之间 无导电沟道。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （3）可变电阻区饱和区的形成
当vDS上升到一定数值时，靠近漏端 的反型层消失，vDS继续增加，将形成一 夹断区，夹断点向源极方向移动。
但是夹断区比起沟道长度短很多，而 夹断处电场强度很高，仍然能将电子拉过 夹断区（耗尽层）形成漏极电流。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
当vGS≤0时 无导电沟道， d、s间加电压时，也
无电流产生。
当0<vGS <VT 时
产生电场，但未形成导电沟道（感生沟 道），d、s间加电压后，没有电流产生。
当vGS >VT 时
在电场作用下产生导电沟道，d、s间加 电压后，将有电流产生。
vGS越大，导电沟道越厚
• 场效应管是一种利用电场效应来控制其 电流大小的半导体器件。
• 优点： • 这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗
电省、寿命长等特点，而且还有输入阻 抗高、噪声低、抗辐射能力强和制造工 艺简单等优点。特别是MOSFET在大规 模和超大规模集成电流中占有重要的地 位。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
d、s之间没有形成导电沟道，因此， iD =0。
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理
（2）vGS≥VTN，出现N型沟道
在栅源之间加上正向电压（栅极接正、 源极接负），则栅极（铝层）和P型硅片 相当于以二氧化硅为介质的平板电容器， 在正的栅源电压作用下，介质中便产生了 一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型 衬底的电场（由于绝缘层很薄，即使只有 几伏的栅源电压vGS，也可产生强电场），
场效应管的分类：
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
N沟道 （耗尽型）
P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
4.1 金属-氧化物-半导体 （MOS）场效应管
4.1.1 N沟道增强型MOSFET 4.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 4.1.3 P沟道MOSFET 4.1.4 沟道长度调制效应 4.1.5 MOSFET的主要参数
VT 称为开启电压
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时， vDSID 沟道电位梯度
• 三端口放大器件有FET和BJT两大类
• FET只有一种载流子—电子或者空穴导 电，故称FET为单极型器件。
• FET是电压控制电流器件。
4.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 4.2 MOSFET基本共源极放大电路 4.3 图解分析方法 4.4 小信号模型分析方法 4.8 结型场效应管（JFET）