N沟道MOS管的结构及工作原理.docx

、N沟道增强型场效应管结构
;预夹断点轨迹
^DO
0截止医卩皿
a)N沟道增强型MOS管结构示意图
Id
L衬
g■—
b)s
⑹N沟道增强型MOS管代表符、N沟道增强型场效应管结构
;预夹断点轨迹
^DO
0截止医卩皿
a)N沟道增强型MOS管结构示意图
Id
L衬
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b)s
⑹N沟道增强型MOS管代表符号
d
1—■—衬底
r——
丄S
(c)P沟道增强型MOS管代表符号在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极，作为栅极g。另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。显然它的栅极与其它电极间是绝缘的。图1(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图1(c)所示。
二、N沟道增强型场效应管工作原理
1．vGS对iD及沟道的控制作用
MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。从图1(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅-源电压vGS=0时，即使加上漏-源电压vDS，而且不论vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流iD~O。
若在栅-源极间加上正向电压，即vGS>0,则栅极和衬底之间的
SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的
P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图1(b)所示。vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。vGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，用VT表示。
由上述分析可知，N沟道增强型MOS管在vGSVVT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当vGS2VT时，才有沟道形成，此时在漏-源极间加上正向电压vDS，才有漏极电流产生。而且vGS增大时，沟道变厚，沟道电阻减小，iD增大。这种必须在vGS2VT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
2．vDS对iD的影响
耗尽层N型（感生）沟道
P
』衬底引钱
（C）