MOSFET的核心部分是柵極及其下面的MOS系統(tǒng)。MOSFET的工作就是通過控制MOS的半導(dǎo)體表面勢(shì)阱——反型層(導(dǎo)電溝道)來實(shí)現(xiàn)的。
(1)反型層(溝道)的產(chǎn)生和消除:
產(chǎn)生反型層或者使反型層消失,這都可以利用柵極電壓來加以控制。使反型層產(chǎn)生或者消失時(shí)的柵極電壓就是器件的閾值電壓VT。對(duì)于增強(qiáng)型器件,該閾值電壓稱為開啟電壓;對(duì)于耗盡型器件,該閾值電壓稱為夾斷電壓。
(2)反型層(溝道)厚度的控制:
柵極電壓可均勻地控制溝道的厚度,而源-漏電壓將使溝道厚度發(fā)生不均勻變化(源極端較寬,漏極端較窄)。對(duì)于耗盡型MOSFET,在一定的柵極電壓VGS下,當(dāng)源-漏電壓VDS較小時(shí),溝道的導(dǎo)電性類似于電阻——有線性的輸出伏安特性;當(dāng)源-漏電壓增大到所謂飽和電壓(VDS>VGS-VT)時(shí),即將使溝道在漏極端夾斷,這時(shí)輸出源-漏電流即達(dá)到最大——飽和輸出電流。
溝道夾斷區(qū)也是一種耗盡層,其中存在較高的電場(chǎng),只要有載流子漂移到夾斷區(qū)的邊緣,很快就會(huì)被掃向漏極、并輸出電流。因此,溝道的夾斷不但不阻擋導(dǎo)電,相反的,而是能夠更好地導(dǎo)電;只有當(dāng)柵極電壓使得溝道從頭到尾都被夾斷——整個(gè)溝道消失以后,器件才不能導(dǎo)電,即進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。
(3)反型層(溝道)中的載流子濃度很大:
因?yàn)闇系乐械纳贁?shù)載流子濃度與表面勢(shì)阱的深度(正比于柵極電壓)有指數(shù)函數(shù)關(guān)系,因此,當(dāng)柵極電壓使得半導(dǎo)體表面出現(xiàn)溝道時(shí),溝道中的少數(shù)載流子濃度將很大(等于、甚至大于體內(nèi)的多數(shù)載流子濃度)。
從而,表面反型層對(duì)于柵極電壓具有屏蔽作用,這就是說,當(dāng)溝道出現(xiàn)以后,柵極電壓再增大,也不會(huì)影響到反型層下面的半導(dǎo)體的狀態(tài)。
(4)反型層(溝道)下面的耗盡層厚度最大:
半導(dǎo)體表面反型層是在表面耗盡層厚度達(dá)到最大以后才出現(xiàn)的,所以反型層的下面必然存在有最大厚度的耗盡層;實(shí)際上,該耗盡層也就是所謂電場(chǎng)感應(yīng)p-n結(jié)的勢(shì)壘區(qū)。
同時(shí),因?yàn)楸砻娣葱蛯拥钠帘巫饔?,則柵極電壓再怎么增大,此耗盡層厚度也不會(huì)再增加,即保持為最大的耗盡層厚度。雖然反型層下面的耗盡層厚度不會(huì)受到柵極電壓的影響,但是,該耗盡層將會(huì)受到所謂襯偏電壓(為加在襯底與源極之間的反向電壓)的影響。
因?yàn)橐r偏電壓本來就是加在電場(chǎng)感應(yīng)p-n結(jié)之上的反向電壓,所以反型層下面的耗盡層最大厚度還會(huì)隨著襯偏電壓的增大而展寬;這種襯偏電壓的作用,即將使得閾值電壓也隨之而有所增大,這就是所謂的襯偏效應(yīng)。
(5)反型層(溝道)的厚度很?。?/div>
因?yàn)榉葱蛯樱系溃┲械妮d流子濃度很大,所以其厚度也相應(yīng)的很薄,一般平均約為5nm。這個(gè)厚度與反型層下面的耗盡層厚度相比,即可忽略。因此,在討論外加電壓的作用時(shí),柵極電壓在反型層(溝道)上的壓降往往可以不必考慮。
(6)反型層(溝道)中的電荷總數(shù)量很?。?/div>
雖然反型層中的載流子濃度很大,但是由于其厚度很薄,所以在面電荷數(shù)量上,與其下面耗盡層中的空間面電荷數(shù)量相比,則還是很小的。因此,在討論MOS電容時(shí),往往即可忽略反型層中這些電荷的影響。
(7)反型層(溝道)中的載流子是二維自由載流子:
因?yàn)榉葱蛯樱系溃┖鼙?,則其中的載流子被限制在勢(shì)阱內(nèi),因此在縱向(垂直表面的方向)上,載流子的能量是量子化的(分裂為許多二維的子能帶);
但是這些載流子在平行表面的方向(橫向)上卻是自由的,所以反型層(溝道)中的載流子可以認(rèn)為是所謂二維電子氣(2-DEG)或者二維空穴氣(2-DHG)。
由于溝道中的載流子濃度很大,所以溝道的橫向?qū)щ娮饔脤?huì)很強(qiáng)。這種二維載流子氣的良好的橫向?qū)щ娞匦?,也就是MOSFET工作的物理基礎(chǔ)。
(8)反型層(溝道)中載流子的雙重性質(zhì):
對(duì)于半導(dǎo)體襯底來說,顯然反型層(溝道)中的載流子是少數(shù)載流子;但是從其中二維載流子氣的橫向?qū)щ娮饔脕砜矗@些載流子只能認(rèn)為是多數(shù)載流子——在源漏電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下,在溝道中進(jìn)行漂移、并輸出電流。
在討論柵極電壓作用于半導(dǎo)體表面而產(chǎn)生的電容效應(yīng)時(shí),反型層(溝道)中的載流子應(yīng)該認(rèn)為是少數(shù)載流子,因此就需要考慮它們的產(chǎn)生-復(fù)合壽命,則載流子濃度的變化不可能能很迅速。因而在高頻時(shí)即可忽略它們的影響(這實(shí)際上也就是忽略溝道載流子擴(kuò)散電容的影響)。
但是在低頻時(shí),反型層(溝道)中載流子濃度變化的影響才需要考慮。這一點(diǎn)在分析MOS電容的C-V特性時(shí)很重要,考慮與不考慮溝道載流子對(duì)電容的貢獻(xiàn),就是區(qū)分高頻與低頻MOS/C-V曲線的依據(jù)。
〈烜芯微/XXW〉專業(yè)制造二極管,三極管,MOS管,橋堆等,20年,工廠直銷省20%,上萬家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用,專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以直接聯(lián)系下方的聯(lián)系號(hào)碼或加QQ/微信,由我們的銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報(bào)價(jià)以及產(chǎn)品介紹
聯(lián)系號(hào)碼:18923864027(同微信)
QQ:709211280
相關(guān)閱讀
最新資訊
- 運(yùn)放參數(shù),軌至軌輸入(rail to rail input)介紹
- 運(yùn)放的輸入輸出限制,信號(hào)失真解析
- 開關(guān)電源,開關(guān)頻率與負(fù)載電流對(duì)電感的影響介紹
- 怎么提高開關(guān)電源效率,方法解析
- 開關(guān)電源,電容的功率損耗與計(jì)算方法介紹
- 開關(guān)電源損耗之二極管的功率損耗解析
- 開關(guān)電源,Buck變換器工作原理圖文介紹
- MOSFET功率損耗,MOSFET的傳導(dǎo)損耗介紹
- 開關(guān)電源控制器結(jié)溫的計(jì)算分析介紹
- 開關(guān)電源的電流檢測(cè)原理圖文介紹
聯(lián)系烜芯微
咨詢熱線:
18923864027
傳真:
18923864027
QQ:
709211280
地址:
深圳市福田區(qū)振中路84號(hào)愛華科研樓7層