半导体器件物理 教学课件 作者 顾晓清 王广发 八.ppt

练习 P127 17，18 P142 1，3，4 练习 P143 可以用相似的方法讨论N沟道耗尽型， P沟道增强型，P沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线，它们分别如图8-12（b）~（d）所示。 MOSFET的转移特性曲线 MOSFET是一种电压控制器件，它是利用加在栅极和源极之间的电压来控制输出电流的，这和双极型晶体管用基极电流控制集电极电流是不同的。当MOS晶体管工作在饱和区时，工作电流为IDSS。不同的VGS会引起不同的IDSS。我们将IDSS与VGS之间的关系曲线称为转移特性曲线。 对于N沟增强型MOS管，VT0，VGS0，其转移特性曲线如图8-13（a）所示。 用相似的方法可以得到N沟耗尽型，P沟增强型，P沟耗尽型MOSFET的转移特性曲线，它们分别表示于图8-13（b）~（d）。 8.3 MOSFET的阈值电压 N沟道增强型MOSFET的开启电压VT 对于增强型管，VT0 式（8-1） N沟道耗尽型MOSFET的夹断电压Vp （8-1）也适合于N沟耗尽型管 这时VT显然小于零。这说明在栅极电压为零即未加电压时，表面沟道已经存在。因此，这时的开启电压实际上就是夹断电压，通常用Vp表示。对于N沟耗尽型MOSFET，Vp0，即当栅极电压VGS＝-|Vp|时即能开启。栅极电压再负得多些时，沟道截止。 P沟道增强型MOSFET的开启电压VT 显然，P沟道增强型MOSFET的VT0。 式（8-2） P沟道耗尽型MOSFET的夹断电压Vp 这种管的阈值电压公式仍由上式（8-2）确定，不过要求VT0。也就是说，在栅极电压为零时，P型沟道早已形成。这时的开启电压实质上就是夹断电压Vp。当栅极加的正电压大于Vp时，沟道全部截止。 公式（8-1）、（8-2）只适用于长沟道MOSFET。当沟道长度较短时，必须考虑短沟道效应，管子的阈值电压VT会随沟道长度L的减小而减小。这个问题将在以后讨论。 说 明 8.4 MOSFET的伏安特性 为了方便起见，先作以下几个假定： （1）漏区和源区的电压降可以忽略不计； （2）在沟道区不存在复合－产生电流； （3）沿沟道的扩散电流比由电场产生的漂移电流小得多； （4）在沟道内载流子的迁移率为常数； （5）沟道与衬底间的反向饱和电流为零； （6）缓变沟道近似成立，即跨过氧化层的垂直于沟道方向的电场分量与沟道中沿载流子运动方向的电场分量无关。 线性工作区的伏安特性 以N沟道增强型为例：设沟道长度为L，宽度为W，厚度为d，厚度从源到漏略有变化。则线性工作区的直流特性方程可表示为 增益因子 当VDS很小时，IDS与VDS成线性关系。VDS稍大时，IDS上升变慢，特性曲线弯曲，如图所示。 式（8-3） 饱和工作区的伏安特性 当漏-源电压增加到使漏端的沟道夹断时，IDS将趋于不变。其作用像一个电流源，管子将进入饱和工作区。使管子进入饱和工作区所加的漏-源电压为VDsat，它由下式决定： 将上式代入式（8-3），可得到饱和工作区的漏-源电流（漏-源饱和电流） 严格来讲，饱和工作区的电流不是一成不变的。因为这时实际的有效沟道长度减小了。当VDS增大时，由于沟道长度减小，IDSS将随之增加。 漏－源饱和电流随沟道长度的减小而增大的效应称为沟道长度调变效应。 这个效应会使MOS管的输出特性明显发生倾斜，导致它的输出阻抗降低。 沟道长度调变效应 * 上海电子信息职业技术学院 半导体器件物理 第八章 MOS场效应晶体管的基本特性 上海电子信息职业技术学院 半导体器件物理 第 8 章 MOS场效应晶体管的基本特性 8.1 MOSFET的结构和分类 8.2 MOSFET的特性曲线 8.3 MOSFET的阈值电压 8.4 MOSFET的伏安特性 8.5 MOSFET的频率特性 8.6 MOSFET的开关特性 8.7 阈值电压的控制和调整 8.8 习题 ● —— 本章重点 ? MOSFET的结构、种类和特点 ? MOSFET的直流特性和阈值电压调整 ?MOSFET的交流响应 双极型晶体管和场效应晶体管的区别 双极型晶体管：由一个P-N结注入非平衡少数载流子，并由另一个P-N结收集而工作的。在这类晶体管中，参加导电的不仅有少数载流子，也有多数载流子，故称为双极型晶体管。 场效应晶体管（FET）：利用改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导电能力而工作的。在场效应晶体管中，工作电流是由半导体中的多数载流子所输运的，因此也称为单极型晶体管。 场效应晶体管的分类 第一类：表面场效