金氧半场效晶体管结构及工作原理

    结构

    图1是典型平面n沟道增强型mosfet的剖面图。它用一块p型硅半导体材料作衬底(图la)，在其面上扩散了两个n型区(图lb)，再在上面覆盖一层二氧化硅(sio2)绝缘层(图1c)，最后在n区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：g(栅极)、s(源极)及d(漏极)，如图1d所示。

    平面n沟道增强型mosfet从图1中可以看出栅极g与漏极d及源极s是绝缘的，d与s之间有两个pn结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。

    图3是n沟道增强型mosfet的基本结构图。为了改善某些参数的特性，如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓vmos、dmos、tmos等结构。图2是一种n沟道增强型功率mosfet的结构图。虽然有不同的结构，但其工作原理是相同的，这里就不一一介绍了。

    工作原理

    要使增强型n沟道mosfet工作，要在g、s之间加正电压vgs及在d、s之间加正电压vds，则产生正向工作电流id。改变vgs的电压可控制工作电流id。如图3所示(上面↑)。

    若先不接vgs(即vgs=0)，在d与s极之间加一正电压vds，漏极d与衬底之间的pn结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极g与源极s之间加一电压vgs。此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上vgs时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和p型衬底界面上感应出负电荷(如图3)。这层感应的负电荷和p型衬底中的多数载流子(空穴)的极性相反，所以称为“反型层”，这反型层有可能将漏与源的两n型区连接起来形成导电沟道。当vgs电压太低时，感应出来的负电荷较少，它将被p型衬底中的空穴中和，因此在这种情况时，漏源之间仍然无电流id。当vgs增加到一定值时，其感应的负电荷把两个分离的n区沟通形成n沟道，这个临界电压称为开启电压(或称阈值电压、门限电压)，用符号vt表示(一般规定在id=10ua时的vgs作为vt)。当vgs继续增大，负电荷增加，导电沟道扩大，电阻降低，id也随之增加，并且呈较好线性关系，如图4所示。此曲线称为转换特性。因此在一定范围内可以认为，改变vgs来控制漏源之间的电阻，达到控制id的作用。

    苏州工职院机电07c3-czw-手打由于这种结构在vgs=0时，id=0，称这种mosfet为增强型。另一类mosfet，在vgs=0时也有一定的id(称为idss)，这种mosfet称为耗尽型。它的结构如图5所示，它的转移特性如图6所示。vp为夹断电压(id=0)。

    耗尽型与增强型主要区别是在制造sio2绝缘层中有大量的正离子，使在p型衬底的界面上感应出较多的负电荷，即在两个n型区中间的p型硅内形成一n型硅薄层而形成一导电沟道，所以在vgs=0时，有vds作用时也有一定的id(idss);当vgs有电压时(可以是正电压或负电压)，改变感应的负电荷数量，从而改变id的大小。vp为id=0时的-vgs，称为夹断电压。

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