《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又分增強型、耗盡型,。耗盡型是指,,當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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,。

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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(dāng)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

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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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對耗盡型場效應(yīng)管來說,式(2—84)也可表示為

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式中,,IDSS稱為uGS=0時的飽和漏電流,,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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