八MOS场效应晶体管的基本特性.ppt

第8章●——本章重点双极型晶体管和场效应晶体管的区别场效应晶体管的分类MOSFET相比双极型晶体管的优点MOSFET相比双极型晶体管的缺点8.1MOSFET的结构和分类P沟MOS管的工作原理在工作时，源与漏之间接电源电压。通常源极接地，漏极接负电源。在栅极和源之间加一个负电压，它将使MOS结构中半导体表面形成负电的表面势，从而使由于硅－二氧化硅界面正电荷引起的半导体能带下弯的程度减小。当栅极负电压加到一定大小时，表面能带会变成向上弯曲，半导体表面耗尽并逐步变成反型。当栅极电压达到VT时，半导体表面发生强反型，这时P型沟道就形成了。空穴能在漏－源电压VDS的作用下，在沟道中输运。VT称为场效应管的开启电压。显然，P沟MOS管的VT是负值。由前面的讨论可知，形成沟道的条件为表面强反型即沟道形成时，在表面处空穴的浓度与体内电子的浓度相等。开启电压是表征MOS场效应管性能的一个重要参数，以后内容中还将做详细介绍。
另外，还可以指出，当栅极电压变化时，沟道的导电能力会发生变化，从而引起通过漏和源之间电流的变化，在负载电阻RL上产生电压变化，这样就可以实现电压放大作用。MOSFET的四种类型如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟MOS管，（N沟MOS管制作在P阱内），这就构成CMOS。练习MOSFET的特征3．高输入阻抗
由于栅氧化层的影响，在栅和其他端点之间不存在直流通道，因此输入阻抗非常高，而且主要是电容性的。通常，MOSFET的直流输入阻抗可以大于1014欧。
4．电压控制
MOSFET是一种电压控制器件。而且是一种输入功率非常低的器件。一个MOS晶体管可以驱动许多与它相似的MOS晶体管；也就是说，它有较高的扇出能力。
5．自隔离
由MOS晶体管构成的集成电路可以达到很高的集成密度，因为MOS晶体管之间能自动隔离。一个MOS晶体管的漏，由于背靠背二极管的作用，自然地与其他晶体管的漏或源隔离。这样就省掉了双极型工艺中的既深又宽的隔离扩散。8.2MOSFET的特性曲线源极接地，并作为输入与输出的公共端，衬底材料也接地。
输入加在栅极G及源极S之间，输出端为漏极D与源极S。对于N沟道增强型管，VDS为正电压，VGS也是正电压。当VGS大于开启电压时，N沟道形成，电流通过N沟道流过漏和源之间。
定性地可以将它分为三个工作区来进行讨论。可调电阻区的范围为VDS<VGS-VT，即保证漏端沟道存在的条件。图8-9（a）表示N沟道增强管VT＝2V，VGS=6V，VDS=0时的沟道情况。此时沟道中各点电位相同，因此沟道厚度各处相同，IDS＝0。
图（b）表示当VT＝2V，VGS=6V，VDS=2V时的沟道情况。这时漏端沟道厚度比源端薄，由于相差不大，仍可近似看成均匀。当VDS继续增加时，例如从2V变到4V时，漏端沟道越来越薄，电阻越来越大，IDS随VDS上升减慢，IDS~VDS的直线关系变弯曲。当VDS＝4V时，漏端处VGS-VDS=VT。这时漏端的沟道进入夹断的临界状态，处于可调电阻工作区与下面要讨论的饱和工作区的边界。IDS将成为漏－源饱和电流IDSS。
图8-10给出了不同VGS时的IDS~VDS关系，即输出特性曲线，其中区域Ⅰ为可调电阻工作区。饱和工作区沟道长度调变效应雪崩击穿区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8.3MOSFET的阈值电压N沟道耗尽型MOSFET的夹断电压VpP沟道增强型MOSFET的开启电压VTP沟道耗尽型MOSFET的夹断电压Vp8.4MOSFET的伏安特性线性工作区的伏安特性饱和工作区的伏安特性严格来讲，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。击穿区8.5MOSFET的频率特性跨导gm跨导标志了MOSFET的电压放大本领，
因为电压增益可表示为：饱和工作区提高跨导的方法MOSFET最高振荡频率8.6MOSFET的开关特性CMOS倒相器当输入脉冲为零时，倒相器处于截止态。这时VGS=0，倒相管处于截止状态。由于负载管是P沟道增强型管，VDD为正，相当于在负载管的栅源之间加一个负的电压，使负载管开启，处于导通状态。
当输入正脉冲时，倒相器处于导通状态。假定输入正脉冲电压VGS≈VDD，这时倒相管的栅极电压远大于源极零电位。倒相器可处于充分导通的状态。负载管的栅极电位VDD与源极电位VDD相同，故处于截止状态。
特点：CMOS倒相器在导通和截止两种状态时，始终只有一个管子导通，只有很小的漏电流通过，所以CMOS倒相器的功耗很小，且开关时间短。MOSFET的开关特性类似于双极型晶体管的开关特性
（略）8.7阈值电压VT的控