據(jù)導(dǎo)電方式的不同,MOSFET又分增強型、耗盡型。耗盡型是指,當VGS=0時即形成溝道,加上正確的VGS時,能使多數(shù)載流子流出溝道,因而“耗盡”了載流子,使管子轉(zhuǎn)向截止。
耗盡型MOS場效應(yīng)管,是在制造過程中,預(yù)先在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子,因此,在UGS=0時,這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中“感應(yīng)”出足夠的電子,形成N型導(dǎo)電溝道。
當UDS>0時,將產(chǎn)生較大的漏極電流ID。如果使UGS<0,則它將削弱正離子所形成的電場,使N溝道變窄,從而使ID減小。當UGS更負,達到某一數(shù)值時溝道消失,ID=0。使ID=0的UGS我們也稱為夾斷電壓,仍用UP表示。UGS<UP溝道消失,稱為耗盡型。
N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)與增強型MOSFET結(jié)構(gòu)類似,只有一點不同,就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓uGS=0時,溝道已經(jīng)存在。該N溝道是在制造過程中應(yīng)用離子注入法預(yù)先在襯底的表面,在D、S之間制造的,稱之為初始溝道。N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如圖1.(a)所示,它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當VGS=0時,這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層,形成了溝道。于是,只要有漏源電壓,就有漏極電流存在。當VGS>0時,將使ID進一步增加。VGS<0時,隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小,直至ID=0。對應(yīng)ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號VGS(off)表示,有時也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1.(b)所示。
由于耗盡型MOSFET在uGS=0時,漏源之間的溝道已經(jīng)存在,所以只要加上uDS,就有iD流通。如果增加正向柵壓uGS,柵極與襯底之間的電場將使溝道中感應(yīng)更多的電子,溝道變厚,溝道的電導(dǎo)增大。
如果在柵極加負電壓(即uGS<0=,就會在相對應(yīng)的襯底表面感應(yīng)出正電荷,這些正電荷抵消N溝道中的電子,從而在襯底表面產(chǎn)生一個耗盡層,使溝道變窄,溝道電導(dǎo)減小。當負柵壓增大到某一電壓Up時,耗盡區(qū)擴展到整個溝道,溝道完全被夾斷(耗盡),這時即使uDS仍存在,也不會產(chǎn)生漏極電流,即iD=0。UP稱為夾斷電壓或閾值電壓,其值通常在–1V–10V之間N溝道耗盡型MOSFET的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線分別如圖2—60(a)、(b)所示。
在可變電阻區(qū)內(nèi),iD與uDS、uGS的關(guān)系仍為
在恒流區(qū),iD與uGS的關(guān)系仍滿足式(2—81),即
若考慮uDS的影響,iD可近似為
對耗盡型場效應(yīng)管來說,式(2—84)也可表示為
式中,IDSS稱為uGS=0時的飽和漏電流,其值為
P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同,只不過導(dǎo)電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。