MOS晶体管结构和工作原理.ppt
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1、MOS晶体管结构和工作原理,Liyy 2003-10-27,MOS 晶体管结构和工作原理,MOS 晶体管结构结构图平面图MOS晶体管种类MOS晶体管符号MOS晶体管工作原理MOSFET 特性MOS IV CURVEMOS 衬底偏置效应MOS热载流子效应,MOS 晶体管结构,结构图,MOS 晶体管结构,平面图,MOS 晶体管结构,在正常工作条件下,栅电压Vg产生的电场控制着源漏间沟道区内载流子的运动。由于器件的电流由器件内部的电场控制-MOS 场效应晶体管(MOSFET)栅极与其它电极之间是绝缘的-绝缘栅场效应晶体管(IGFET),MOS 晶体管结构,MOS晶体管种类按沟道区中载流子类型分N沟M
2、OS晶体管:衬底为P型,源漏为重掺杂的N+,沟道中 载流子为电子P沟MOS晶体管:衬底为N型,源漏为重掺杂的P+,沟道中 载流子为空穴 在正常情况下,只有一种类型的载流子在工作,因此也称其为单极晶体管,MOS 晶体管结构,MOS晶体管种类按工作模式分 增强型晶体管:若在零栅压下不存在漏源导电沟道,为了形 成导电沟道,需要施加一定的栅压,也就是 说沟道要通过“增强”才能导通耗尽型晶体管:器件本身在漏源之间就存在导电沟道,即使 在零栅压下器件也是导通的。若要使器件截 止,就必须施加栅压使沟道耗尽,MOS 晶体管结构,MOS晶体管符号NMOS:PMOS:,MOS 晶体管特性,MOS晶体管特性 N沟M
3、OS 截面图,MOS 晶体管特性,MOS晶体管特性 假定漏端电压Vds为正,当栅上施加一个小于开启电压的正栅压时,栅氧下面的P型表面区的空穴被耗尽,在硅表面形成一层负电荷,这些电荷被称为耗尽层电荷Qb。这时的漏源电流为泄漏电流。如果VgsVth,在P型硅表面形成可移动的负电荷Qi层,即导电沟道。由于表面为N型的导电沟道与P型衬底的导电类型相反,因此该表面导电沟道被称为反型层。,MOS 晶体管特性,MOS晶体管特性 在Vgs=Vth时,表面的少数载流子浓度(电子)等于体内的多数载流子(空穴)的浓度。栅压越高,表面少数载流子的电荷密度Qi 越高。(可动电荷Qi也可称为反型电荷)此时,如果漏源之间存
4、在电势差,由于载流子(NMOS中为电子)的扩散,会形成电流Ids。这时PN结的泄漏电流仍然存在,但它与沟道电流相比非常小,一般可以忽略。由于反型电荷Qi强烈地依赖与栅压,因此可以利用栅压控制沟道电流。,MOS 晶体管特性,MOS IV CURVE,MOS 晶体管特性,MOS IV CURVE线性区 对于固定的Vgs(Vth),当漏压很小时,漏电流Ids随漏压的增加而线性增加。但随着漏压的增加,漏电流的增加速度不断减小直到Ids达到某一恒定的饱和值。在这个工作区,MOS表现出类似于电阻的特性,并且随着栅压的变化而变化,即沟道电阻随着栅压的增加而减小。这个区域也叫可调电阻区。,MOS 晶体管特性,
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