什么是耗盡型MOS晶體管

什么是耗盡型MOS晶體管

據(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型。耗盡型是指，當(dāng)VGS=0時即形成溝道，加上正確的VGS時，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉(zhuǎn)向截止。

耗盡型MOS場效應(yīng)管，是在制造過程中，預(yù)先在S_iO₂絕緣層中摻入大量的正離子，因此，在U_GS=0時，這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中“感應(yīng)”出足夠的電子，形成N型導(dǎo)電溝道。

當(dāng)U_DS>0時，將產(chǎn)生較大的漏極電流ID。如果使U_GS<0，則它將削弱正離子所形成的電場，使N溝道變窄，從而使I_D減小。當(dāng)U_GS更負(fù)，達(dá)到某一數(shù)值時溝道消失，I_D=0。使I_D=0的U_GS我們也稱為夾斷電壓，仍用U_P表示。U_GSP溝道消失，稱為耗盡型。

N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)類似，只有一點不同，就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓u_GS=0時，溝道已經(jīng)存在。該N溝道是在制造過程中應(yīng)用離子注入法預(yù)先在襯底的表面，在D、S之間制造的，稱之為初始溝道。N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如圖1.（a）所示，它是在柵極下方的SiO₂絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)V_GS＝0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)V_GS＞0時，將使ID進(jìn)一步增加。V_GS＜0時，隨著V_GS的減小漏極電流逐漸減小，直至I_D＝0。對應(yīng)I_D＝0的VGS稱為夾斷電壓，用符號V_GS(off)表示，有時也用V_P表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1.（b）所示。

(a) 結(jié)構(gòu)示意圖 　　　　　　(b) 轉(zhuǎn)移特性曲線

圖1. N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線

由于耗盡型MOSFET在u_GS=0時，漏源之間的溝道已經(jīng)存在，所以只要加上u_DS,就有i_D流通。如果增加正向柵壓u_GS，柵極與襯底之間的電場將使溝道中感應(yīng)更多的電子，溝道變厚，溝道的電導(dǎo)增大。

如果在柵極加負(fù)電壓（即u_GS＜0＝，就會在相對應(yīng)的襯底表面感應(yīng)出正電荷，這些正電荷抵消N溝道中的電子，從而在襯底表面產(chǎn)生一個耗盡層，使溝道變窄，溝道電導(dǎo)減小。當(dāng)負(fù)柵壓增大到某一電壓U_p時，耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個溝道，溝道完全被夾斷（耗盡），這時即使u_DS仍存在，也不會產(chǎn)生漏極電流，即i_D=0。UP稱為夾斷電壓或閾值電壓，其值通常在–1V–10V之間N溝道耗盡型MOSFET的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線分別如圖2—60（a）、（b）所示。

在可變電阻區(qū)內(nèi)，i_D與u_DS、u_GS的關(guān)系仍為

在恒流區(qū)，i_D與u_GS的關(guān)系仍滿足式（2—81），即

若考慮u_DS的影響，i_D可近似為

對耗盡型場效應(yīng)管來說，式（2—84）也可表示為

式中，I_DSS稱為u_GS=0時的飽和漏電流，其值為

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。