《電子技術(shù)應(yīng)用》
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什么是耗盡型MOS晶體管

2016-08-18
關(guān)鍵詞: ADI FPGA DSP

據(jù)導(dǎo)電方式的不同,MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型。耗盡型是指,當(dāng)VGS=0時(shí)即形成溝道,加上正確的VGS時(shí),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(chǎng)效應(yīng)管,是在制造過(guò)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(shí),這些正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)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(dāng)UDS>0時(shí),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(chǎng),使N溝道變窄,從而使ID減小。當(dāng)UGS更負(fù),達(dá)到某一數(shù)值時(shí)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(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)類似,只有一點(diǎn)不同,就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓uGS=0時(shí),溝道已經(jīng)存在。該N溝道是在制造過(guò)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(hào)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(dāng)VGS=0時(shí),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(dāng)VGS>0時(shí),將使ID進(jìn)一步增加。VGS<0時(shí),隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小,直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號(hào)VGS(off)表示,有時(shí)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。

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由于耗盡型MOSFET在uGS=0時(shí),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(chǎng)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(fù)電壓(即uGS<0=,就會(huì)在相對(duì)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(gè)耗盡層,使溝道變窄,溝道電導(dǎo)減小。當(dāng)負(fù)柵壓增大到某一電壓Up時(shí),耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)溝道,溝道完全被夾斷(耗盡),這時(shí)即使uDS仍存在,也不會(huì)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

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在恒流區(qū),iD與uGS的關(guān)系仍滿足式(2—81),即

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若考慮uDS的影響,iD可近似為

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對(duì)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)說(shuō),式(2—84)也可表示為

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式中,IDSS稱為uGS=0時(shí)的飽和漏電流,其值為

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P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同,只不過(guò)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。


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