MOSFET基础2MOSFET工作原理频率CMOS.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《MOSFET基础2MOSFET工作原理频率CMOS.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《MOSFET基础2MOSFET工作原理频率CMOS.ppt(45页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、210.3 MOSFET10.3 MOSFET基本工作原理基本工作原理nMOSFETMOSFET结构结构n电流电压关系电流电压关系概念概念n电流电压关系电流电压关系推导推导n跨导跨导n衬底偏置效应衬底偏置效应310.3 MOSFET原理 MOSFETMOSFET结构结构N N 沟道增强型沟道增强型MOS MOS 场效应管的场效应管的结构示意图结构示意图BPGN+N+源源漏漏SDSiO2Ltox1.1.结构结构SGDB2.2.符号符号3.3.基本参数基本参数沟道长度沟道长度 L(L(跟工艺水平有关跟工艺水平有关) )沟道宽度沟道宽度 W W栅氧化层厚度栅氧化层厚度 t toxox410.3 MO
2、SFET10.3 MOSFET原理原理 MOSFETMOSFET分类分类(1)(1)n沟道沟道MOSFETp p型衬底,型衬底,n n型沟道,电子导电型沟道,电子导电V VDSDS00,使电子从源流到漏,使电子从源流到漏p沟道沟道MOSFETn n型衬底,型衬底,p p型沟道,空穴导电型沟道,空穴导电V VDSDS000n n沟道沟道耗尽型耗尽型MOSFETMOSFET零栅压时已存在反型沟道,零栅压时已存在反型沟道,V VTNTN00按照零栅压时有无导电沟道可分为:按照零栅压时有无导电沟道可分为:610.3 MOSFET10.3 MOSFET原理原理 MOSFETMOSFET分类分类(3)(3
3、)p p沟道沟道增强型增强型MOSFETMOSFET零栅压时不存在反型沟道,零栅压时不存在反型沟道,V VTPTP0007增强型:栅压为增强型:栅压为0时不导通时不导通N沟(正电压开启沟(正电压开启 “1”导通)导通)P沟(负电压开启沟(负电压开启 “0”导通)导通)耗尽型:栅压为耗尽型:栅压为0时已经导通时已经导通N沟(很负才关闭)沟(很负才关闭)P沟(很正才关闭)沟(很正才关闭)810.3.2 N 10.3.2 N 沟道增强型沟道增强型 MOS MOS 场效应管工作原理场效应管工作原理1. 1. V VGSGS对半导体表面空间电荷区状态的影响对半导体表面空间电荷区状态的影响( (1) )
4、VGS = 0漏源之间相当于两个背靠背的漏源之间相当于两个背靠背的 PN PN 结,无论漏源之间加何种极结,无论漏源之间加何种极性电压,性电压,总是不导电总是不导电。SBD当当V VGSGS 逐渐增大时,栅氧化逐渐增大时,栅氧化层下方的半导体表面会发层下方的半导体表面会发生什么变化?生什么变化?BPGSiO2SDN+N+9( (2) ) VGS 00逐渐增大逐渐增大 栅氧化层中的场强越来越大,栅氧化层中的场强越来越大,它们排斥它们排斥P P型衬底靠近型衬底靠近 SiOSiO2 2 一侧一侧的空穴,的空穴,形成由负离子组成的耗形成由负离子组成的耗尽层。尽层。增大增大 V VGSGS 耗尽层变宽耗
5、尽层变宽。 当当V VGSGS继续升高时继续升高时, , 沟道加厚,沟道电阻减少,在相同沟道加厚,沟道电阻减少,在相同V VDSDS的作用下,的作用下,I ID D将进一步增加。将进一步增加。BPGSiO2SDN+N+ +-+-+VGS- - - - - -反型层反型层iD由于吸引了足够多由于吸引了足够多P P型衬底的电子,会在耗尽层和型衬底的电子,会在耗尽层和 SiOSiO2 2 之间形成可移动的表面电荷层之间形成可移动的表面电荷层 反型层、反型层、N N 型型导电沟道导电沟道。这时,在这时,在V VDSDS的作用下就会形成的作用下就会形成I ID D。(3) V(3) VGSGS 继续增大
6、继续增大 弱反型弱反型 强反型强反型VDS10 阈值电压:阈值电压:使半导体表面达到强反型时所需加的栅使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压。用源电压。用V VT T表示。表示。阈值电压阈值电压 MOS MOS场效应管利用场效应管利用V VGSGS来控制半导体表面来控制半导体表面“感应感应电荷电荷”的多少,来改变沟道电阻,从而控制漏极电的多少,来改变沟道电阻,从而控制漏极电流流 I ID D。 MOSFETMOSFET是一种是一种电压控制型器件电压控制型器件。 MOSFETMOSFET能够工作的能够工作的关键关键是半导体表面是半导体表面必须有导必须有导电沟道电沟道,而只有表面达到强反型时才会
7、有沟道形成。,而只有表面达到强反型时才会有沟道形成。 112. VDS对导电沟道的影响对导电沟道的影响(VGSVT)c.VDS=VGSVT,即即VGD=VT:靠近漏极沟道达到临界开启程度,出现预靠近漏极沟道达到临界开启程度,出现预夹断,夹断,VDS=VDSat;b.0VDSVT:导电沟道呈现一个楔形,靠近漏端的导电沟道呈现一个楔形,靠近漏端的导电沟道减薄;导电沟道减薄;VDS 0,但值较小时:,但值较小时:VDS对沟道影响可忽略,沟道厚对沟道影响可忽略,沟道厚度均匀;度均匀;VDSVGSBPGN+N+SDd.VDSVGSVT,即即VGDVT:夹断区发生扩展,夹断点向源端移动。夹断区发生扩展,夹
8、断点向源端移动。VGD=VGSVDSVGSEL 123 3 . . N N 沟道增强型沟道增强型 MOS MOS 场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线1 1)输出特性曲线)输出特性曲线( (假设假设V VGSGS=5V)=5V) 输出特性曲线输出特性曲线非非饱饱和和区区饱和区饱和区击击穿穿区区BVDS ID/mAVDS /VOVGS=5VVGS=4VVGS=3V预夹断轨迹预夹断轨迹VDSat 过过渡渡区区线线性性区区(d)(d)VDS:VGDVTBPN+N+VDSVGSGSDLVTBPN+N+VDSVGSGSDVGSVGD(c)V(c)VDS:VGD=VTBPN+N+VDSVGSGSDVGSV
9、T( (a) )VDS很小很小VGSBPGN+N+SDVDSVGSVGDVGS ID=IDSat13VT VGS /VID /mAO2 2)转移特性曲线)转移特性曲线( (假设假设V VDSDS=5V)=5V) a. Va. VGSGS V V VT T 器件内存在导电沟道,器件内存在导电沟道,器件处于器件处于导通导通状态,有输状态,有输出电流。且出电流。且V VGSGS越大,沟道越大,沟道导电能力越强,输出电导电能力越强,输出电流越大。流越大。 转移特性曲线转移特性曲线144. N 4. N 沟道沟道耗尽型耗尽型 MOS MOS 场效应管场效应管BPGN+N+SDSiO2+ + + + +
10、+ (1 1) N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管结构场效应管结构1 1、 结构结构2 2、 符号符号SGDB15ID/mAVGS /VOVP(b)(b)转移特性转移特性IDSS(a)(a)输出输出特性特性ID/mAVDS /VO+1VVGS=0- -3 V- -1 V- -2 V432151015 20(2 2)基本工作原理)基本工作原理a. a. 当当V VGSGS=0=0时,时,V VDSDS加正向电压,加正向电压,产生漏极电流产生漏极电流I ID D, ,此时的漏极电流此时的漏极电流称为称为漏极饱和电流漏极饱和电流,用,用I IDSSDSS表示。表示。b. b. 当当V V
11、GSGS0 0时,时,I ID D进一步增加进一步增加。c. c. 当当V VGSGS0 0时,随着时,随着V VGSGS的减小的减小漏极电流逐渐漏极电流逐渐减小减小。直至。直至I ID D=0=0。对应对应I ID D=0=0的的V VGSGS称为夹断电压,称为夹断电压,用符号用符号V VP P表示表示。16种种 类类符号符号转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线 NMOSNMOS增强型增强型耗尽型耗尽型PMOSPMOS增强型增强型耗尽型耗尽型IDSGDBSGDBIDSGDBIDSGDBIDVGSIDOVTIDVGSVPIDSSOVDSID_VGS=0+_OIDVGSVTOIDVG
12、SVPIDSSO_ _IDVGS=VTVDS_ _o o_ _+VDSID+OVGS=VTIDVGS= 0V+ +_ _VDSo o+ +17小小 结结 工作原理:工作原理:V VGSGS :耗尽耗尽 弱反型弱反型 强反型强反型 V VDS DS :减薄减薄 夹断夹断 扩展扩展 定性分析定性分析 耗尽型器件形成的原因,其基本特性与增强型器件之间的不耗尽型器件形成的原因,其基本特性与增强型器件之间的不同点同点。 按照导电类型分按照导电类型分MOSMOS管分为管分为NMOSNMOS和和PMOSPMOS。按照零栅压时有无沟道又分为按照零栅压时有无沟道又分为增强型和耗尽型增强型和耗尽型两种形式。两种形
13、式。 NMOSNMOS和和PMOSPMOS结构十分相似,只是两者的结构十分相似,只是两者的衬底及源漏区掺杂类衬底及源漏区掺杂类型刚好相反型刚好相反。 特性曲线:输出特性曲线特性曲线:输出特性曲线( (非饱和区、饱和区、击穿区非饱和区、饱和区、击穿区) ) 转移特性曲线转移特性曲线( (表征了表征了V VGSGS对对I ID D的的控制控制能力能力) )1810.3 MOSFET10.3 MOSFET原理原理 I-VI-V特性特性: :基本假设基本假设xEyExyn沟道中的电流是由漂移而非扩散产生的(长沟器件)沟道中的电流是由漂移而非扩散产生的(长沟器件)n栅氧化层中无电流栅氧化层中无电流n缓变
14、沟道近似,即垂直于沟道方向上缓变沟道近似,即垂直于沟道方向上 的电场变化远大于平行于沟道方向上的电场变化远大于平行于沟道方向上 的电场变化的电场变化 ( (近似认为方向为常数近似认为方向为常数) )n氧化层中的所有电荷均可等效为氧化层中的所有电荷均可等效为 Si-SiO Si-SiO2 2界面处的有效电荷密度界面处的有效电荷密度n耗尽层厚度沿沟道方向上是一耗尽层厚度沿沟道方向上是一 个常数个常数n沟道中的载流子迁移率与空间沟道中的载流子迁移率与空间 坐标无关坐标无关n衬底与源极之间的电压为零衬底与源极之间的电压为零19xxE)(EnxyenJ电流密度电流密度:(漂移电流漂移电流密度为密度为)1
15、0.3 MOSFET10.3 MOSFET原理原理 I-VI-V特性特性: :沟道电流沟道电流X方向的电流强度:方向的电流强度:x0000( )EccWxWxxxnIJ dydzen ydydz 0( )cxnQen y dy -WWdz0 xEnnWQ -反型层中平行于沟道方向的电场:反型层中平行于沟道方向的电场:dxdVx-xExxnndVIWQdx2010.3 MOSFET10.3 MOSFET原理原理 I-VI-V特性特性: :电中性条件电中性条件0(max)+SDnssmQQQQ21高斯定理123456n112233445566EEEEEEESSSSSSSdSdSdSdSdSdSdS
16、+相互抵消相互抵消E5=E6=0,即使有也相互抵消,即使有也相互抵消E30WdxQQQQSDnssT)(max)+STQdSnE表面所在材料表面所在材料的介电常数的介电常数某闭合表面某闭合表面沿闭合表面向外法线方向沿闭合表面向外法线方向的电场强度的电场强度该闭合表面所包围区该闭合表面所包围区域的总电荷量域的总电荷量(max)oxESDnssoxQQQ+-10.3 MOSFET10.3 MOSFET原理原理 I-VI-V特性特性: :表面电荷表面电荷444oxEEoxSdSWdx - dxW24315622fpe2msfpoxxGSVVV+-2 FpFmEE- ()22gmsmfpsfpEe-+
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- MOSFET 基础 工作 原理 频率 CMOS
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内