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  • n-mosfet圖文知識概述-如何判斷n-mosfet與P-mosfet
    • 發(fā)布時間:2020-09-11 17:20:01
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    n-mosfet圖文知識概述-如何判斷n-mosfet與P-mosfet
    什么是n-mosfet
    n-mosfet英文全稱為N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意思為N型金屬-氧化物-半導體,而擁有這種結構的晶體管我們稱之為NMOS晶體管。 MOS晶體管有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構成的集成電路稱為MOS集成電路,由NMOS組成的電路就是NMOS集成電路,由PMOS管組成的電路就是PMOS集成電路,由NMOS和PMOS兩種管子組成的互補MOS電路,即CMOS電路。
    n-mosfet結構詳解
    在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上,制作兩個高摻雜濃度的N+區(qū),并用金屬鋁引出兩個電極,分別作漏極d和源極s。
    然后在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層,在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極,作為柵極g。
    在襯底上也引出一個電極B,這就構成了一個N溝道增強型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數管子在出廠前已連接好)。它的柵極與其它電極間是絕緣的。
    圖(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反,如圖(c)所示。
    n-mosfet
    n-mosfet增強型工作原理
    (1)vGS對iD及溝道的控制作用
    ① vGS=0 的情況
    從圖1(a)可以看出,增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的PN結。當柵——源電壓vGS=0時,即使加上漏——源電壓vDS,而且不論vDS的極性如何,總有一個PN結處于反偏狀態(tài),漏——源極間沒有導電溝道,所以這時漏極電流iD≈0。
    ② vGS>0 的情況
    若vGS>0,則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產生一個電場。電場方向垂直于半導體表面的由柵極指向襯底的電場。這個電場能排斥空穴而吸引電子。
    排斥空穴:使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥,剩下不能移動的受主離子(負離子),形成耗盡層。吸引電子:將 P型襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表面。
    (2)導電溝道的形成
    當vGS數值較小,吸引電子的能力不強時,漏——源極之間仍無導電溝道出現,如圖1(b)所示。vGS增加時,吸引到P襯底表面層的電子就增多,當vGS達到某一數值時,這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個N型薄層,且與兩個N+區(qū)相連通,在漏——源極間形成N型導電溝道,其導電類型與P襯底相反,故又稱為反型層,如圖1(c)所示。vGS越大,作用于半導體表面的電場就越強,吸引到P襯底表面的電子就越多,導電溝道越厚,溝道電阻越小。
    開始形成溝道時的柵——源極電壓稱為開啟電壓,用VT表示。
    上面討論的N溝道MOS管在vGS<VT時,不能形成導電溝道,管子處于截止狀態(tài)。只有當vGS≥VT時,才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時才能形成導電溝道的MOS管稱為增強型MOS管。溝道形成以后,在漏——源極間加上正向電壓vDS,就有漏極電流產生。
    VDS對iD的影響
    n-mosfet
    如圖(a)所示,當vGS>VT且為一確定值時,漏——源電壓vDS對導電溝道及電流iD的影響與結型場效應管相似。
    漏極電流iD沿溝道產生的電壓降使溝道內各點與柵極間的電壓不再相等,靠近源極一端的電壓最大,這里溝道最厚,而漏極一端電壓最小,其值為VGD=vGS-vDS,因而這里溝道最薄。但當vDS較小(vDS)。
    隨著vDS的增大,靠近漏極的溝道越來越薄,當vDS增加到使VGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)時,溝道在漏極一端出現預夾斷,如圖2(b)所示。再繼續(xù)增大vDS,夾斷點將向源極方向移動,如圖2(c)所示。由于vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū),故iD幾乎不隨vDS增大而增加,管子進入飽和區(qū),iD幾乎僅由vGS決定。
    n-mosfet特性曲線、電流方程及參數
    n-mosfet
    (1)特性曲線和電流方程
    1)輸出特性曲線
    N溝道增強型NMOS管的輸出特性曲線如圖1(a)所示。與結型場效應管一樣,其輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)幾部分。
    2)轉移特性曲線
    轉移特性曲線如圖1(b)所示,由于場效應管作放大器件使用時是工作在飽和區(qū)(恒流區(qū)),此時iD幾乎不隨vDS而變化,即不同的vDS所對應的轉移特性曲線幾乎是重合的,所以可用vDS大于某一數值(vDS>vGS-VT)后的一條轉移特性曲線代替飽和區(qū)的所有轉移特性曲線。
    3)iD與vGS的近似關系
    與結型場效應管相類似。在飽和區(qū)內,iD與vGS的近似關系式為
    n-mosfet
    式中IDO是vGS=2VT時的漏極電流iD。
    (2)參數
    MOS管的主要參數與結型場效應管基本相同,只是增強型NMOS管中不用夾斷電壓VP ,而用開啟電壓VT表征管子的特性。
    n-mosfet耗盡型基本結構
    n-mosfet
    (1)結構:
    n-mosfet耗盡型與n-mosfet增強型MOS管基本相似。
    (2)區(qū)別:
    耗盡型MOS管在vGS=0時,漏——源極間已有導電溝道產生,而增強型NMOS管要在vGS≥VT時才出現導電溝道。
    (3)原因:
    制造N溝道耗盡型MOS管時,在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+(制造P溝道耗盡型MOS管時摻入負離子),如圖1(a)所示,因此即使vGS=0時,在這些正離子產生的電場作用下,漏——源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道(稱為初始溝道),只要加上正向電壓vDS,就有電流iD。
    如果加上正的vGS,柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子,溝道加寬,溝道電阻變小,iD增大。反之vGS為負時,溝道中感應的電子減少,溝道變窄,溝道電阻變大,iD減小。當vGS負向增加到某一數值時,導電溝道消失,iD趨于零,管子截止,故稱為耗盡型。溝道消失時的柵-源電壓稱為夾斷電壓,仍用VP表示。與N溝道結型場效應管相同,N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP也為負值,但是,前者只能在vGS<0的情況下工作。而后者在vGS=0,vGS>0,VP。
    (4)電流方程:
    在飽和區(qū)內,耗盡型NMOS管的電流方程與結型場效應管的電流方程相同,即:
    n-mosfet
    如何判斷n-mosfet和P-mosfet
    MOS管在IC中是非常重要的元器件,那么如何判斷NMOS管和PMOS管?
    第一種方法就是可以根據電流的方向來判斷,如下圖說是,電流流出的為NMOS管。
    n-mosfet
    下圖為PMOS管,電流流入的為PMOS管。
    n-mosfet
    第二種方法是根據襯底PN結的方向,PN結指向內的為NMOS管,如下圖所示
    n-mosfet
    PN結指向外的為PMOS管,如下圖所示
    n-mosfet
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