根據(jù)導電方式的不同,,MOSFET又分增強型、耗盡型,。所謂增強型是指:當VGS=0時管子是呈截止狀態(tài),,加上正確的VGS后,多數(shù)載流子被吸引到柵極,,從而“增強”了該區(qū)域的載流子,,形成導電溝道。
N溝道增強型MOSFET基本上是一種左右對稱的拓撲結構,,它是在P型半導體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層,,然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區(qū),從N型區(qū)引出電極,一個是漏極D,,一個是源極S,。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。
當VGS=0 V時,,漏源之間相當兩個背靠背的二極管,,在D、S之間加上電壓不會在D,、S間形成電流,。
當柵極加有電壓時,若0<VGS<VGS(th)時,,通過柵極和襯底間形成的電容電場作用,,將靠近柵極下方的P型半導體中的多子空穴向下方排斥,出現(xiàn)了一薄層負離子的耗盡層,;同時將吸引其中的少子向表層運動,,但數(shù)量有限,不足以形成導電溝道,,將漏極和源極溝通,,所以仍然不足以形成漏極電流ID。
進一步增加VGS,,當VGS>VGS(th)時( VGS(th)稱為開啟電壓),,由于此時的柵極電壓已經比較強,在靠近柵極下方的P型半導體表層中聚集較多的電子,,可以形成溝道,,將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓,,就可以形成漏極電流ID,。在柵極下方形成的導電溝道中的電子,因與P型半導體的載流子空穴極性相反,故稱為反型層,。隨著VGS的繼續(xù)增加,ID將不斷增加,。在VGS=0V時ID=0,只有當VGS>VGS(th)后才會出現(xiàn)漏極電流,,所以,這種MOS管稱為增強型MOS管,。
VGS對漏極電流的控制關系可用iD=f(VGS(th))|VDS=const這一曲線描述,稱為轉移特性曲線,,見圖1.,。
轉移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 gm的量綱為mA/V,,所以gm也稱為跨導,??鐚А?/p>
圖2—54(a)為N溝道增強型MOSFET的結構示意圖,,其電路符號如圖2—54(b)所示,。它是用一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底,利用擴散工藝在襯底上擴散兩個高摻雜濃度的N型區(qū)(用N+表示),,并在此N型區(qū)上引出兩個歐姆接觸電極,,分別稱為源極(用S表示)和漏極(用D表示)。在源區(qū),、漏區(qū)之間的襯底表面覆蓋一層二氧化硅(SiO2)絕緣層,,在此絕緣層上沉積出金屬鋁層并引出電極作為柵極(用G表示)。從襯底引出一個歐姆接觸電極稱為襯底電極(用B表示),。由于柵極與其它電極之間是相互絕緣的,,所以稱它為絕緣柵型場效應管。圖2—54(a)中的L為溝道長度,,W為溝道寬度,。
時,由于漏極和源極兩個N+型區(qū)之間隔有P型襯底,相當于兩個背靠背連接的PN結,,它們之間的電阻高達1012W的數(shù)量級,,也就是說D、S之間不具備導電的溝道,,所以無論漏、源極之間加何種極性的電壓,,都不會產生漏極電流ID,。
當將襯底B與源極S短接,在柵極G和源極S之間加正電壓,,即UGS﹥0時,如圖2—55(a)所示,,則在柵極與襯底之間產生一個由柵極指向襯底的電場。在這個電場的作用下,,P襯底表面附近的空穴受到排斥將向下方運動,,電子受電場的吸引向襯底表面運動,與襯底表面的空穴復合,,形成了一層耗盡層,。如果進一步提高UGS電壓,使UGS達到某一電壓UT時,,P襯底表面層中空穴全部被排斥和耗盡,,而自由電子大量地被吸引到表面層,由量變到質變,,使表面層變成了自由電子為多子的N型層,,稱為“反型層”,,如圖2—55(b)所示。反型層將漏極D和源極S兩個N+型區(qū)相連通,,構成了漏,、源極之間的N型導電溝道。把開始形成導電溝道所需的UGS值稱為閾值電壓或開啟電壓,,用UT表示,。顯然,只有UGS﹥UT時才有溝道,,而且UGS越大,,溝道越厚,溝道的導通電阻越小,,導電能力越強,。這就是為什么把它稱為增強型的緣故。
在UGS﹥UT的條件下,,如果在漏極D和源極S之間加上正電壓UDS,,導電溝道就會有電流流通。漏極電流由漏區(qū)流向源區(qū),,因為溝道有一定的電阻,,所以沿著溝道產生電壓降,使溝道各點的電位沿溝道由漏區(qū)到源區(qū)逐漸減小,,靠近漏區(qū)一端的電壓UGD最小,,其值為UGD=UGS-UDS,相應的溝道最薄,;靠近源區(qū)一端的電壓最大,,等于UGS,相應的溝道最厚。這樣就使得溝道厚度不再是均勻的,,整個溝道呈傾斜狀,。隨著UDS的增大,靠近漏區(qū)一端的溝道越來越薄,。
當UDS增大到某一臨界值,,使UGD≤UT時,漏端的溝道消失,,只剩下耗盡層,,把這種情況稱為溝道“預夾斷”,如圖2—56(a)所示,。繼續(xù)增大UDS(即UDS>UGS-UT),,夾斷點向源極方向移動,如圖2—56(b)所示,。盡管夾斷點在移動,,但溝道區(qū)(源極S到夾斷點)的電壓降保持不變,,仍等于UGS-UT。因此,UDS多余部分電壓[UDS-(UGS-UT)]全部降到夾斷區(qū)上,,在夾斷區(qū)內形成較強的電場,。這時電子沿溝道從源極流向夾斷區(qū),當電子到達夾斷區(qū)邊緣時,,受夾斷區(qū)強電場的作用,,會很快的漂移到漏極。