MOS管-P溝道增強(qiáng)型mosfet工作原理及結(jié)構(gòu)、特性詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-09-14
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類，P溝道硅MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個(gè)P+區(qū)，分別叫做源極和漏極，兩極之間不通導(dǎo)，柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時(shí)，柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層，成為連接源極和漏極的溝道。改變柵壓可以改變溝道中的電子密度，從而改變溝道的電阻。這種MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。如果N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上適當(dāng)?shù)钠珘海墒箿系赖碾娮柙龃蠡驕p小。這樣的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱為P溝道MOS晶體管。
P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對(duì)值一般偏高，要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路(見(jiàn)N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)出現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜，有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
PMOS集成電路是一種適合在低速、低頻領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的器件。PMOS集成電路采用-24V電壓供電。如圖5所示的CMOS-PMOS接口電路采用兩種電源供電。采用直接接口方式，一般CMOS的電源電壓選擇在10～12V就能滿足PMOS對(duì)輸入電平的要求。
MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有很高的輸入阻抗，在電路中便于直接耦合，容易制成規(guī)模大的集成電路。
一、P溝道增強(qiáng)型mosfet的結(jié)構(gòu)和工作原理
如圖(1)是P溝道增強(qiáng)型mosfet的結(jié)構(gòu)示意圖．通過(guò)光刻、擴(kuò)散的方法或其他手段，在N型襯底(基片)上制作出兩個(gè)摻雜的P區(qū)，分別引出電極，稱為源極(s)和漏極(D)，同時(shí)在漏極與源極之間的Si02絕緣層上制作金屬，稱為柵極(G)，柵極與其他電極是絕緣的，所以稱為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 。圖(2)為P溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)
正常工作時(shí)，P溝道增強(qiáng)型mosfet的襯底必須與源極相連，而漏心極對(duì)源極的電壓v璐應(yīng)為負(fù)值，以保證兩個(gè)P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏，同時(shí)為了在襯底頂表面附近形成導(dǎo)電溝道。柵極對(duì)源極的電壓‰也應(yīng)為負(fù)．
1．導(dǎo)電溝道的形成(VDS=0)
當(dāng)VDS=0時(shí)，在柵源之間加負(fù)電壓比，如圖(3)所示，由于絕緣層的存在，故沒(méi)有電流，但是金屬柵極被補(bǔ)充電而聚集負(fù)電荷，N型半導(dǎo)體中的多子電子被負(fù)電荷排斥向體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，表面留下帶正電的離子，形成耗盡層，隨著G、S間負(fù)電壓的增加，耗盡層加寬，當(dāng)v＆增大到一定值時(shí)，襯底中的空穴(少子)被柵極中的負(fù)電荷吸引到表面，在耗盡層和絕緣層之間形成一個(gè)P型薄層，稱反型層，如下圖
(4)所示，這個(gè)反型層就構(gòu)成漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時(shí)的VGs稱為開(kāi)啟電壓VGS(th)，啵到vGS(th)后再增加，襯底表面感應(yīng)的空穴越多，反型層加寬，而耗盡層的寬度卻不再變化，這樣我們可以用vGs的大小控制導(dǎo)電溝道的寬度。
2．VDS≠O的情況
導(dǎo)電溝道形成以后，D，S間加負(fù)向電壓時(shí)，那么在源極與漏極之間將有漏極電流ID流通，而且ID隨/VDS/而增.ID沿溝道產(chǎn)生的壓降使溝道上各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，該電壓削弱了柵極中負(fù)電荷電場(chǎng)的作用，使溝道從漏極到源極逐漸變窄，如圖(5)所示．當(dāng)VDS增大到使VGD=VGS(即VDS=VGS一VGS(TH))，溝道在漏極附近出現(xiàn)預(yù)夾斷，如圖(6)所示．再繼續(xù)增大VDS，夾斷區(qū)只是稍有加長(zhǎng)，而溝道電流基本上保持預(yù)夾斷時(shí)的數(shù)值，其原因是當(dāng)出現(xiàn)預(yù)夾斷時(shí)再繼續(xù)增大VDS，VDS的多余部分就全部加在漏極附近的夾斷區(qū)上,故形成的漏極電流ID近似與VDS無(wú)關(guān)。
二、P溝道增強(qiáng)型mosfet的特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線
圖(7)、(8)分別是P溝道增強(qiáng)型M06管的漏極特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線．漏極特性曲線也可分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)三部分．轉(zhuǎn)移特性曲線是、，璐使管子工作在漏極特性曲線的恒流區(qū)時(shí)所對(duì)應(yīng)的ID=F（VGS）曲線：
ID與VGS的近似關(guān)系式為：
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