5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管
- 格式:ppt
- 大小:1.21 MB
- 文档页数:25


EMOS场效应晶体管简介金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)是微处理器和半导体存储器这样一类超大规模集成电路中最重要的器件。
它正在成为一种重要的功率器件。
在20世纪30年代初期,Lilienfeld和Heil首次提出表面场效应晶体管的原理。
随后,在40年代末,Shockley和Pearson对其进行了研究。
1960年,Ligenza和Spitzer采用热氧化法制造出第一个器件级Si-SiO2MOS结构。
采用这种MOS系统制造出基本MOSFET器件是由Atalla提出的。
随后,在1960年,Kahng和Atalla制造出了第一只MOSFET。
Ihantola和Moll,Sah,Hofstein,Heiman等人完成了器件基本特性的早起研究。
场效应晶体管是一种在相应区域的多数载流子参与导电,少数载流子形成沟道的单极型晶体管,目前按工作方式主要有增强型场效应晶体管(以下简称EMOSFET)和耗尽型(DMOSFET)两种。
EMOSFET(Enhancement Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的工作原理示意图如下:图中是一种NPN型,可以看出EMOS是一种高度对称的半导体,而且它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层并扩散两个重掺杂的N型区(图中N+区),从N 型区引出电极,在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极。
S(Source)G(Gate)D(Drain)分别代表源极、栅极、漏极。
利用场效应,即在栅极上加一个正电压,通过栅极与P衬底的电容作用,形成一个垂直电场,排斥空穴,形成空穴的耗尽层,吸引电子,并形成一个导通两个N型区的通道,即沟道。
所施加的电压有一个最小值,大于这个最小值才会吸引足够多的电子形成沟道,如图(a)。
在漏极电压一定的情况下,栅极电压与漏极电流的关系曲线大致如图:更详细的计算参见教材P228-P231。
mos管的vgs正负电压-回复MOS管的Vgs正负电压是指金属-氧化物-半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,简称MOSFET)的栅极-源极电压。
这一参数在MOSFET的工作中非常重要,它决定了MOS管的导通或截止状态,从而影响整个电路的性能和功能。
首先,我们需要了解MOS管的结构和工作原理。
MOS管由一块绝缘型半导体材料(通常是硅)构成,其内部分为源极、漏极和栅极三个区域。
栅极被氧化层和金属层所覆盖,形成金属-氧化物-半导体结构。
这一结构能够改变半导体中的电荷分布,从而控制源极和漏极之间的电流流动。
当栅极与源极之间加入一定的电压时,栅极和源极之间的电场会改变半导体中的电荷分布情况。
当Vgs为正电压时,栅极电场将吸引半导体区域中的电子向栅极移动,形成一个电子富集区。
这使得源极和漏极之间的沟道电荷密度增加,从而导致漏极电流的增加,MOS管进入导通状态。
相反,当Vgs为负电压时,栅极电场将使半导体区域中的电子被吸引到远离栅极的位置,形成一个电子亏损区。
这减少了源极和漏极之间的沟道电荷密度,导致漏极电流减小,最终导致MOS管截止。
因此,Vgs的正负电压决定了MOS管的导通与截止状态。
具体来说,当Vgs大于或等于一个特定的临界电压(临界电压通常称为门限电压,Vth),MOS管处于导通状态;当Vgs小于临界电压时,MOS管处于截止状态。
根据不同的MOSFET类型,临界电压的数值和性质可能会有所不同。
例如,N沟道MOS(nMOS)FET的门限电压通常为负数,而P沟道MOS (pMOS)FET的门限电压通常为正数。
这意味着,对于nMOS来说,Vgs需要为正电压才能使MOS管导通;而对于pMOS来说,Vgs需要为负电压才能使MOS管导通。
需要注意的是,过大的正或负Vgs电压可能引起MOS管的击穿现象,导致器件损坏。
因此,在使用MOS管时,我们需要根据具体的电器设计要求和MOS管的规格手册,选择适当的Vgs电压范围,并使用保护电路(如电阻、稳压器等)防止击穿现象的发生。