金属氧化物半导体金属氧化物半导体场效应晶体管场效应晶体管Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor MOSFET姓名：黄钰凯 导师：凌智勇金属氧化物半导体场效应晶体管半导体定义：半导体( semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。金属氧化物半导体场效应晶体管半导体按化学成分分类锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第和第族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第和第族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由-族化合物和-族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。金属氧化物半导体场效应晶体管半导体按结构分类P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半导体。金属氧化物半导体场效应晶体管PN结的形成过程在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。金属氧化物半导体场效应晶体管晶体管晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管，双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。金属氧化物半导体场效应晶体管双极型晶体管分类NPN型三极管，由三块半导体构成，其中两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。金属氧化物半导体场效应晶体管双极型晶体管分类由两块P型半导体中间夹着一块N型半导体所组成的三极管，称为PNP型三极管。金属氧化物半导体场效应晶体管晶体管的特性曲线饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V (硅管)， iC不受iB控制。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距，说明iC主要受iB控制此时，发射结正偏，集电结反偏。金属氧化物半导体场效应晶体管晶体管的特性曲线截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压。此时，发射结和集电结均反向偏置金属氧化物半导体场效应晶体管金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET)MOSFET由一个由一个MOS电容和靠近电容和靠近MOS栅控区域栅控区域的两个的两个PN结组成。结组成。 栅栅氧化层氧化层硅衬底硅衬底源区沟道区漏区源区沟道区漏区金属氧化物半导体场效应晶体管N沟道增强型沟道增强型MOSFET结构金属氧化物半导体场效应晶体管器件版图和结构参数器件版图和结构参数结构参数：沟道长度结构参数：沟道长度 L、沟道宽度、沟道宽度 W 、栅氧化层、栅氧化层厚度厚度T 、 源漏源漏PN结结深结结深X材料参数：衬底掺杂浓度材料参数：衬底掺杂浓度 N、载流子迁移率、载流子迁移率u金属氧化物半导体场效应晶体管 工作原理工作原理电路连接PP+N+N+SGDUVDS- + 栅衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。- + VGS金属氧化物半导体场效应晶体管直流特性的定性描述：直流特性的定性描述：转移特性转移特性工作在饱和区时，MOS管的正向受控作用，服从平方律关系式：金属氧化物半导体场效应晶体管 转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID的控制作用,可由输出特性转换得到。ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5VID/mAVGS /V012345VDS = 5VVDS = 5V转移特性曲线中,ID 0 时对应的VGS值,即开启电压VGS（th） 。金属氧化物半导体场效应晶体管NEMOS管输出特性曲线管输出特性曲线输出特性曲线可划分四个区域：非饱和区、饱和区、截止区、击穿区。 非饱和区（又称可变电阻区） 特点：ID同时受UGS与UDS的控制。ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V金属氧化物半导体场效应晶体管NEMOS管输出特性曲线管输出特性曲线 饱和区（又称恒流区）特点：ID只受UGS控制，而与UDS近似无关，表现出类似三极管的正向 受控作用。 VGS(th)开启电压，开始有ID时对应的VGS值 击穿区 截止区（ID =0以下的区域）IG0，ID0金属氧化物半导体场效应晶体管输出特性曲线输出特性曲线ID =0 时对应的VGS值 夹断电压VGS（off） 。VGS=0 时对应的ID 值 饱和漏电流IDSSID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =1V-1. 5V- 1V-0. 5V0V0. 5V-1. 8VID/mAVGS /V0VGS(th)金属氧化物半导体场效应晶体管