首先我們先了解什么是MOSFET?全稱是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)這是MOSFET的簡易符號，表示了三個端子：柵(G)、源(S)和漏(D)。 因為這種器件是對稱的，因而可以源漏互換。 大家都知道，在數(shù)字電路中，MOS管作為開關(guān)的作用時，柵極電壓VG是高電平，晶體管把源極和漏極連接在一起; 如果VG是低電平，則源漏斷開。
但是，這是數(shù)字電路需要研究的內(nèi)容，在模擬電路中，知道這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 我們還是要回答幾個問題：VG取多大的時候器件導(dǎo)通?
閾值電壓是多少?
當(dāng)器件導(dǎo)通(斷開)的時候，源漏之間的電阻值是多大?
這個電阻和VDS之間的關(guān)系是怎樣的?
哪些因素可以限制器件的速度?
這些問題小編會在以后給大家解答。
MOSFET的結(jié)構(gòu)
圖為NMOS器件的簡易結(jié)構(gòu)，器件制作在P型襯底上兩個重?fù)诫s的n區(qū)形成源極和漏極。 重?fù)诫s的多晶硅區(qū)(簡稱Poly)作為柵極。 一層氧化膜(Oxide)使柵和襯底分離。 Leff稱為有效柵長，Ldrawn稱為總長度。 LD是橫向擴散長度。 tox為氧化層的厚度。 Leff(有效柵長)和tox(氧化層厚度)對MOS電路的性能起著十分重要的作用。
MOS的符號
NMOS管和PMOS管的電路符號所示，MOSFET是一個四端器件，襯底是第四端，用B表示。 由于在大多數(shù)電路中NMOS管和PMOS管的襯底分別接地和VDD。 所以我們在畫MOS管的符號時，經(jīng)常省略這一連接。
閾值電壓
當(dāng)柵極電壓VG從0開始上升時會發(fā)生什么情況呢?
圖(a)所示的是一個NMOS器件，襯底接地。 當(dāng)VGS等于0時; 兩個有源區(qū)被襯底分離，所以源漏之間沒有電流流動。 當(dāng)VG逐漸升高時，在柵極和襯底之間的SiO2 絕緣層中產(chǎn)生了從柵極指向襯底的垂直電場EV。 在該電場作用下，襯底中的電子受到吸引，向襯底表面運動; 而襯底中的空穴受到排斥，向襯底內(nèi)部運動。 向上運動的電子與表面的空穴復(fù)合，在表面層留下了不能移動的負(fù)離子，形成了一層耗盡層。 在這種情況下，沒有電流流動。 如圖(b)。
隨著VGS的升高，電場EV越來越強，表面層吸引的電子越來越多，產(chǎn)生的負(fù)離子也越來越多，耗盡層也越來越厚。 這樣的結(jié)構(gòu)類似兩個電容串聯(lián)構(gòu)成的分壓器，柵氧化層電容和耗盡層電容。 如圖(c)。
當(dāng)VGS 上升到一定電位時，靠近表面的 P 型襯底發(fā)生變化，“反型”為與 N型材料類似的特性，因此該層稱為反型層。 反型層將漏極和源極兩個有源區(qū)連通，構(gòu)成了源漏之間的導(dǎo)電溝道。 使晶體管產(chǎn)生反型層所需的VGS電壓稱為閾值電壓或開啟電壓，用Vth表示。
在器件制造過程中通常向溝道區(qū)注入雜質(zhì)來調(diào)整閾值電壓，其實質(zhì)是改變氧化層界面附近襯底的摻雜濃度。
PMOS器件的導(dǎo)通現(xiàn)象類似于NFETs，但是其所有的極性都是相反的。 如圖，如果柵源電壓足夠”負(fù)“，在氧化層-硅的界面上就會形成一個由空穴組成的反型層，從而為源和漏之間提供了一個導(dǎo)電溝道。 因此，PMOS的閾值電壓通常是負(fù)值。
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