3MOS管资料.pptx
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1、第四章 场效应管及其基本放大电路一、场效应管一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析三、场效应管放大电路的动态分析场效应管 场效应管有三个极:源极(场效应管有三个极:源极(s s)、栅极(、栅极(g g)、漏极()、漏极(d d),),对应于晶体管的对应于晶体管的e e、b b、c c;有有三个工作区域:截止区、恒流区、可变电阻区三个工作区域:截止区、恒流区、可变电阻区 对应于对应于晶体晶体管的截止区、放大区、饱和区。管的截止区、放大区、饱和区。单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作噪声小、抗辐射能力强、低电压
2、工作一.结型场效应管符号符号结构示意图结构示意图栅极栅极漏极漏极源极源极导电导电沟道沟道栅栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 u uGSGS可以控制导电沟道的宽度,为什么可以控制导电沟道的宽度,为什么g-sg-s必须加负电压?必须加负电压?UGS(off)漏漏-源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS(off)且不变,且不变,VDD增大,增大,iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS(off)VDD的增大,几乎全部用来克服沟道的的增大,几乎全部用来克服沟道的电阻,电阻,iD几乎不变,进入
3、恒流区,几乎不变,进入恒流区,iD几乎几乎仅仅决定于仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么?场效应管工作在恒流区的条件是什么?uGDUGS(off)uGDUGS(off)夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流转移特性转移特性场效应管工作在恒流区,因而场效应管工作在恒流区,因而uGSUGS(off)且且uGDUGS(off)。uDGUGS(off)g-s电压控电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻输出特性预夹断轨迹,预夹断轨迹,uGDUGS(off)可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区(截止区)夹断区(截止区)夹断电压夹断电压IDSSi
4、D 不同型号的管子不同型号的管子UGS(off)、IDSS将不同。将不同。低频跨导:低频跨导:-MOSFET Metal Oxide Semi-conduction Field Effect Transistor,是构成VLSI的基本元件。二.绝缘栅型场效应管MOS uGS增大,反型层(导电沟道)将变厚变长。当增大,反型层(导电沟道)将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区相接时,形成导电沟道。区相接时,形成导电沟道。SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层大到一定大到一定值才开启值才开启1、P型半导体型半导体半导体的表面场效应半导体的表面场效应 2 2、半导
5、体表面安装一平行金属板半导体表面安装一平行金属板3、随着电场的增加、随着电场的增加4 4、形成反型层、形成反型层反型层中少子的来源反型层中少子的来源:空间电荷区中晶格热振空间电荷区中晶格热振动产生的电子、空穴对,产生的电子在电动产生的电子、空穴对,产生的电子在电场作用下漂移进入反型层场作用下漂移进入反型层;与界面陷阱相关产生的电子与界面陷阱相关产生的电子 在在P P型半导体上面的金属栅上加由负到正的电压时,就可型半导体上面的金属栅上加由负到正的电压时,就可得到三种偏置状态:积累得到三种偏置状态:积累(accumulation)(accumulation)、耗尽、耗尽(depletion)(de
6、pletion)、反型反型(inversion)(inversion)。积累时硅中多数载流子堆积在硅与二氧化硅。积累时硅中多数载流子堆积在硅与二氧化硅界面,界面,耗尽状态时界面不存在载流子耗尽状态时界面不存在载流子,反型时是少数载流子堆积反型时是少数载流子堆积在界面,并使在界面,并使p p型半导体型半导体n n型化。型化。反型成为有效沟道时称为强反型,反型成为有效沟道时称为强反型,MOSMOS管正是利用半导体的这种表面效应来工作的。管正是利用半导体的这种表面效应来工作的。FETFET关键参数:关键参数:沟道长度沟道长度 L 沟道宽度沟道宽度W 栅氧化层厚度栅氧化层厚度 Tox 衬底掺杂浓度衬底
7、掺杂浓度 Nsub 源漏源漏pn结结深结结深xjVgsVdsMOS管的直流特性管的直流特性 P-Si衬底 S G D Eds Ids 1、阈值电压(开启电压)阈值电压(开启电压)形成强反型状态时的栅极电压称为阈值电压形成强反型状态时的栅极电压称为阈值电压 阈值电压阈值电压VTVT是是MOSMOS晶体管的一个重要的电参数,也是在制造工晶体管的一个重要的电参数,也是在制造工艺中的重要控制参数。艺中的重要控制参数。VTVT的大小以及一致性对电路乃至的大小以及一致性对电路乃至 集成系统集成系统的性能具有决定性的影响。的性能具有决定性的影响。影响影响MOSMOS晶的阈值电压晶的阈值电压VT VT 的因素
8、的因素:介质的二氧化硅介质的二氧化硅(栅氧化层栅氧化层)中的电荷以及电荷的性质;中的电荷以及电荷的性质;衬底的掺杂浓度衬底的掺杂浓度;栅氧化层厚度栅氧化层厚度tOXtOX;栅材料与硅衬底的功函数;栅材料与硅衬底的功函数差。差。(铝栅的(铝栅的MSMS为为-0.3V-0.3V,硅栅为,硅栅为+0.8V+0.8V。所以硅栅。所以硅栅NMOSNMOS器件相器件相对于铝栅对于铝栅NMOSNMOS器件容易获得增强型器件)器件容易获得增强型器件)没有形成反型层,即源和漏之间无导电沟道没有形成反型层,即源和漏之间无导电沟道。VgsVtn Vtn Vds无导电沟道无导电沟道VgsVtn VgsVtn Vtn
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