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金氧半导体场效应晶体管-MOSFET P沟道N沟道MOSFET的工作原理

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2019-10-11 浏览:-

MOSFET是电容器操作的晶体管器件。电容器对于操作MOSFET起着至关重要的作用。我们还称该器件为绝缘栅场效应晶体管(IGFET)或金属绝缘体场效应晶体管(MIFET)。为什么我们这样讲呢,我们会在了解这个晶体管器件的结构特征时理解它们。我们必须在完成mosfet的工作原理的同时研究MOSFET的结构。

在构造方面,我们可以将设备分为四种类型。

• P沟道增强MOSFET

• N沟道增强MOSFET

• P - 通道耗尽MOSFET

• N沟道耗尽MOSFET

P沟道增强MOSFET

我们还将p沟道MOSFET称为P-MOS。这里,轻掺杂的n型半导体衬底形成器件的主体。为此,我们通常使用硅或砷化镓半导体材料。两个重掺杂的p型区域在体内分开一定距离L.我们将该距离L称为沟道长度,并且它是1μm的量级。

MOSFET的工作原理

现在衬底顶部有一层薄薄的二氧化硅(SiO 2)。我们也可以使用Al 2 O 3,但SiO 2是最常见的。衬底上的该层表现为电介质。在该SiO 2电介质层的顶部安装有铝板。

现在,铝板,电介质和半导体衬底在器件上形成电容器。

MOSFET的工作原理

连接到两个p型区域的端子分别是器件的源极(S)和漏极(D)。从电容器的铝板突出的端子是器件的栅极(G)。我们还将mosfet的源极和主体连接到地,以便在MOSFET工作期间根据需要促进自由电子的供应和取出。

MOSFET的工作原理

现在让我们在门(G)处施加负电压。这将在电容器的铝板上产生负静电势。由于电容作用,正电荷在介电层下方积聚。

基本上,由于负栅极板的排斥,n型衬底的该部分的自由电子移开,因此这里出现未覆盖的正离子层。现在,如果我们进一步增加栅极端的负电压,在一定电压称为阈值电压后,由于静电力,晶体的共价键就在SiO 2的正下方层开始破碎。因此,在那里产生电子 - 空穴对。由于栅极的负面性,空穴被吸引并且自由电子被废除。以这种方式,空穴的浓度在那里增加并且从源极到漏极区域形成空穴通道。孔也来自重掺杂的p型源极和漏极区域。由于该通道中的孔的集中,通道本质上变为导电的,电流可以通过该通道。

MOSFET的工作原理

现在让我们在漏极端施加负电压。漏极区域中的负电压减小了栅极和漏极之间的电压差减小,结果,导电沟道的宽度朝向漏极区域减小,如下所示。同时,电流从箭头所示的源流向排放口流动。

MOSFET的工作原理

mosfet中产生的沟道提供了从源极到漏极的电流阻抗。沟道的电阻取决于沟道的横截面,沟道的横截面又取决于所施加的负栅极电压。因此,我们可以借助施加的栅极电压控制从源极到漏极的电流,因此MOSFET是电压控制的电子器件。由于空穴的浓度形成沟道,并且由于负栅极电压的增加,通过沟道的电流得到增强,我们将MOSFET命名为P沟道增强MOSFET。

N沟道增强MOSFET

N沟道增强MOSFET的工作类似于P沟道增强MOSFET的工作,但仅在操作和结构上这两者彼此不同。在N沟道增强MOSFET中,轻掺杂的p型衬底形成器件的主体,并且源区和漏区重掺杂有n型杂质。在这里,我们还将身体和源通常连接到地电位。现在,我们向栅极端子施加正电压。由于栅极的积极性和相应的电容效应,自由电子即p型衬底的少数载流子被吸引向栅极并通过将这些自由电子与空穴重新组合而在介电层正下方形成一层负的未覆盖离子。如果我们在阈值电压电平之后不断增加正栅极电压,重组过程饱和,然后自由电子开始在该位置积聚,形成自由电子的导电通道。自由电子也来自重掺杂源极和漏极n型区域。现在,如果我们在漏极施加正电压,电流开始流过沟道。沟道的电阻取决于沟道中的自由电子的数量,并且沟道中的自由电子的数量再次取决于器件的栅极电位。随着自由电子的浓度形成沟道,并且由于栅极电压的增加,通过沟道的电流得到增强,我们将MOSFET命名为N沟道增强MOSFET。自由电子也来自重掺杂源极和漏极n型区域。现在,如果我们在漏极施加正电压,电流开始流过沟道。沟道的电阻取决于沟道中的自由电子的数量,并且沟道中的自由电子的数量再次取决于器件的栅极电位。随着自由电子的浓度形成沟道,并且由于栅极电压的增加,通过沟道的电流得到增强,我们将MOSFET命名为N沟道增强MOSFET。自由电子也来自重掺杂源极和漏极n型区域。现在,如果我们在漏极施加正电压,电流开始流过沟道。沟道的电阻取决于沟道中的自由电子的数量,并且沟道中的自由电子的数量再次取决于器件的栅极电位。随着自由电子的浓度形成沟道,并且由于栅极电压的增加,通过沟道的电流得到增强,我们将MOSFET命名为N沟道增强MOSFET。沟道的电阻取决于沟道中的自由电子的数量,并且沟道中的自由电子的数量再次取决于器件的栅极电位。随着自由电子的浓度形成沟道,并且由于栅极电压的增加,通过沟道的电流得到增强,我们将MOSFET命名为N沟道增强MOSFET。沟道的电阻取决于沟道中的自由电子的数量,并且沟道中的自由电子的数量再次取决于器件的栅极电位。随着自由电子的浓度形成沟道,并且由于栅极电压的增加,通过沟道的电流得到增强,我们将MOSFET命名为N沟道增强MOSFET。

MOSFET的工作原理

N沟道耗尽MOSFET

耗尽MOSFET的工作原理与增强型MOSFET 的工作原理略有不同。N沟道耗尽MOSFET衬底(主体)是p型半导体。源区和漏区是重掺杂的n型半导体。源区和漏区之间的空间被n型杂质扩散。现在,如果我们在源极和漏极之间施加电势差,则电流开始流过衬底的整个n区域。

MOSFET的工作原理

现在,让我们在栅极端子施加负电压。由于电容效应,自由电子在SiO 2介电层正下方的n区域中被废除并向下移动。结果,在SiO 2下方将存在多层正未覆盖的离子介电层。以这种方式,在沟道中将发生电荷载流子的耗尽,因此沟道的总电导率降低。在这种情况下,对于漏极处的相同施加电压,漏极电流减小。在这里我们已经看到,我们可以通过改变沟道中电荷载流子的耗尽来控制漏极电流,因此我们将其称为耗尽MOSFET。这里,漏极处于正电位,栅极处于负电位,而源极处于零电位。因此,漏极与栅极之间的电压差大于源极与栅极之间的电压差,因此耗尽层的宽度朝向漏极的宽度大于朝向源极的宽度。

MOSFET的工作原理

P - 通道耗尽MOSFET

Cotructionwise ap沟道耗尽MOSFET恰好与n沟道耗尽MOSFET相反。这里的预制通道由重掺杂p型源极和漏极区域之间的p型杂质构成。当我们在栅极端子处施加正电压时,由于静电作用,少数载流子即p型区域的自由电子被吸引并在那里形成静态负杂质离子。因此,在沟道中形成耗尽区,因此,沟道的导电性降低。这样,通过在栅极施加正电压,我们可以控制漏极电流。

MOSFET的工作原理

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