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MOS 管工作原理 2008-10-27 10:35 大学的时候老师没有讲 MOS 管这部分,让自己看。考试不考,当初就没怎么看,平时用的也少,所以对于其原理就不甚了解。今查了下,将别人 blog 上的好东西拽过来啦!哈哈! 双极型晶体管把输入端电流的微小变化放大后, 在输出端输出一个大的电流变化。双极型晶体管的增益就定义为输出输入电流之比( beta )。另一种晶体管,叫做场效应管( FET ) ,把输入电压的变化转化为输出电流的变化。 FET 的增益等于它的 transconductance , 定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。场效应管的名字也来源于它的输入端( 称为 gate ) 通过投影一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体,所以 FET 管的 GATE 电流非常小。最普通的 FET 用一薄层二氧化硅来作为 GAT E 极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS) 晶体管, 或, 金属氧化物半导体场效应管( MOSFET ) 。因为 MOS 管更小更省电,所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。首先考察一个更简单的器件- MOS 电容-能更好的理解 MOS 管。这个器件有两个电极, 一个是金属, 另一个是 extrinsic silicon , 他们之间由一薄层二氧化硅分隔开(图 ) 。金属极就是 GATE ,而半导体端就是 backgate 或者 body 。他们之间的绝缘氧化层称为 gate dielectric 。图示中的器件有一个轻掺杂 P 型硅做成的 backgate 。这个 MOS 电容的电特性能通过把 backgate 接地, gate 接不同的电压来说明。图 中的 MOS 电容的 GATE 电位是 0V 。金属 GATE 和半导体 BACKGATE 在 WORK FUNCTION 上的差异在电介质上产生了一个小电场。图示的器件中, 这个电场使金属极带轻微的正电位,P 型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来, 它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了, 所以载流子浓度的变化非常小,对器件整体的特性影响也非常小。图 中是当 MOS 电容的 GATE 相对于 BACKGATE 正偏置时发生的情况。穿过 GATE DIELECTRIC 的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时, 空穴被排斥出表面。随着 GATE 电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子, 硅表层看上去就像 N 型硅。掺杂极性的反转被称为 inversion , 反转的硅层叫做 channel 。随着 GATE 电压的持续不断升高, 越来越多的电子在表面积累, channel 变成了强反转。 Channel 形成时的电压被称为阈值电压 Vt 。当 GATE 和 BACKGATE 之间的电压差小于阈值电压时,不会形成 channel 。当电压差超过阈值电压时, channel 就出现了。图 MOS 电容:(A )未偏置( VBG = 0V ),(B )反转( VBG = 3V ), (C )积累( VBG = -3V )。图 C 中是当 MO S 电容的 GAT E 相对于 backgat e 是负电压时的情况。电场反转,