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MOS管的基本工作原理简述

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MOSFET的基本工作原理
对MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的基本结构,要理解MOSFET的功能,或许要首先研究一下半导体表面。
由于缺乏相邻的原子,某种半导体的表面总是其理想晶格的一种被扰乱的形态。因此,表面常常会生长一层薄的氧化层或吸附一些其他原子和分子。于是,这些表面层通常会带电。
以一种p型半导体为例,假定其表面带正电对少量正电荷可得在这种表面,空穴的浓度/密度逐渐降低,其导带和价带同时向下弯曲,建立起一个厚度为hd的耗尽区。
增大正电荷量将导致I qVs I > E; - EF
在这种情况下,导带和价带弯曲得更加厉害,对于半导体表面处的一个较小区域,费米能级更加靠近导带而不是价带,从而形成一个厚度为h的反型层,在反型层中电子是多数载流子。
紧挨着反型层的是厚度为h.的耗尽层,耗尽层把反型层和P区隔开。
如果该p型半导体表面带负电,所形成的将是空穴累积层。N型半导体的特性与之相似:表面带正电时形成累积层,表面带负电时形成耗尽区负电荷增多则形成反型层。
接下来,假定在此p型半导体的表面有一层薄氧化膜,氧化膜上再镀一层金属膜。在这层金属膜上施加一个正向电压。进一步再添加两个n+区分别作为源区和
漏区。这样,我们就有了一个最简单的横向MOS场效应晶体管的例子。正向电压的作用和正表面电荷的作用相同:当栅极上有足够大的正电压,两个
n区就会通过反型层连接起来。由于栅压Vc>VT,漏极和源极之间才有电流通过。
栅源阈值电压Vr(对n沟道 MOSFET):该阈值电压是这样一个栅极电压,在此电压下产生的电子浓度等于空穴浓度。
MOS场效应晶体管可分为
1)n沟道MOSFET:在p区形成一个n型沟道。
2)p沟道 MOSFET:在n区形成一个p型沟道。
仔细探查,必须考虑到氧化层在靠近半导体的界面上含有正电荷。这些电荷的密度在5x10°~1x101/c㎡数量级。而且,功率MOSFET的栅区由n型重掺杂多晶硅层组成),由于n*掺杂多晶硅和p型半导体(考虑n沟道MOS-
FET)中费米能级的位置不同,栅极和半导体之间已经存在了一个电势差。这两种效应都以相同的方式起作用,犹如一个外施正栅极电压,从而导致阈值电压V,降低。n沟道 MOSFET在p区低掺杂和氧化层电荷密度高的情况下,V是负的,甚至没有外
加栅极电压,沟道也会存在。上面所提到的阈值电压的定义仍然是有效的。
MOSFET 可根据栅极电压分为
1)耗尽型:V<0,该器件为常开器件,在栅源加负电压Vc<Vr之前不会阻断。
2)增强型:Vπ>0,n沟道只在Vc>Vr时才会形成(常关器件)。
通常情况下,由于具有常关特点,电力电子技术中使用的是增强型MOSFET器件,而且几乎都是n沟道MOSFET.由于电子的迁移率远远高于空穴的迁移率,n沟道MOSFET器件更有优势。现代器件阈值电压的典型值被调整到2~4V。
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点击次数:  更新时间:2021-07-16 12:55:37  【打印此页】  【关闭