絕緣柵型場(chǎng)效應管

在結型場(chǎng)效應管中，柵極和溝道間的PN結是反向偏置的，所以輸入電阻很大。但PN結反偏時(shí)總會(huì )有一些反向電流存在，這就限制了輸入電阻的進(jìn)一步提高。如果在柵極與溝道間用一絕緣層隔開(kāi)，便制成了絕緣柵型場(chǎng)效應管，其輸入電阻可提高到。根據絕緣層所用材料之不同，絕緣柵場(chǎng)效應管有多種類(lèi)型，目前應用最廣泛的一種是以二氧化硅（SiO2）為絕緣層的金屬一氧化物一半導體（Meial-Oxide-Semiconductor）場(chǎng)效應管，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS場(chǎng)效應管（MOSFET）。它也有N溝道和P溝道兩類(lèi)，每類(lèi)按結構不同又分為增強型和耗盡型。

一、耗盡型MOS管

N溝道耗盡型MOS管和N溝道增強型MOS管的結構基本相同。差別在于耗盡型MOS管的SiO2絕緣層中摻有大量的正離子，故在UGS= 0時(shí)，就在兩個(gè)N十區之間的P型表面層中感應出大量的電子來(lái)，形成一定寬度的導電溝道。這時(shí)，只要UDS＞0就會(huì )產(chǎn)生ID。對于N溝道耗盡型MOS管，無(wú)論UGS為正或負，都能控制ID的大小，并且不出現柵流。這是耗盡型MOS管區別于增強型MOS管的主要特點(diǎn)。

二、增強型MOS管

1．結構與符號

圖Z0125是N溝道增強型MOS管的結構示意圖和符號。它是在一塊P型硅襯底上，擴散兩個(gè)高濃度摻雜的N+區，在兩個(gè)N+區之間的硅表面上制作一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，然后在SiO2和兩個(gè)N型區表面上分別引出三個(gè)電極，稱(chēng)為源極s、柵極g和漏極d。在其圖形符號中，箭頭表示漏極電流的實(shí)際方向。

2．輸出特性曲線(xiàn)

N溝道增強型MOS管輸出特性曲線(xiàn)如圖Z0127所示，它是UGS為不同定值時(shí)，ID 與UDS之間關(guān)系的一簇曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，各條曲線(xiàn)變化規律基本相同?，F以UGS＝5V一條曲線(xiàn)為例來(lái)進(jìn)行分析。設UGS＞VT，導電溝道已形成。當UDS= 0時(shí)，溝道里沒(méi)有電子的定向運動(dòng)，ID=0；當UDS＞0且較小時(shí)，溝道基本保持原狀，表現出一定電阻，ID隨UDS線(xiàn)性增大 ；當UDS較大時(shí)，由于電阻沿溝道遞增，使UDS沿溝道的電位從漏端到源端遞降，所以沿溝道的各點(diǎn)上，柵極與溝道間的電位差沿溝道從d至s極遞增，導致垂直于P型硅表面的電場(chǎng)強度從d至s極也遞增，從而形成溝道寬度不均勻，漏端最窄，源端最寬如圖Z0126所示。隨著(zhù)UDS的增加，漏端溝道變得更窄，電阻相應變大，ID上升變慢 ；當UDS繼續增大到UDS=UGS- VT時(shí)，近漏端的溝道開(kāi)始消失，漏端一點(diǎn)處被夾斷；如果UDS再增加，將出現夾斷區。這時(shí)，UDS增加的部分基本上降在夾斷區上，使夾斷部分的耗盡層變得更厚，而未夾斷的導電溝道不再有多大變化，所以ID將維持剛出現夾斷時(shí)的數值，趨于飽和，管子呈現恒流特性。

對于不同的UGS值，溝道深淺也不同，UGS愈大，溝道愈深。在恒流區，對于相同的UDS 值，UGS大的ID也較大，表現為輸出特性曲線(xiàn)上移。

3．工作原理

絕緣柵場(chǎng)效應管的導電機理是，利用UGS 控制"感應電荷"的多少來(lái)改變導電溝道的寬窄，從而控制漏極電流ID。若UGS＝0時(shí)，源、漏之間不存在導電溝道的為增強型MOS管，UGS＝0 時(shí)，漏、源之間存在導電溝道的為耗盡型MOS管。

圖Z0125中襯底為P型半導體，在它的上面是一層SiO2薄膜、在SiO2薄膜上蓋一層金屬鋁，如果在金屬鋁層和半導體之間加電壓UGS，則金屬鋁與半導體之間產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導體表面的電場(chǎng)，在這一電場(chǎng)作用下，P型硅表面的多數載流子-空穴受到排斥，使硅片表面產(chǎn)生一層缺乏載流子的薄層。同時(shí)在電場(chǎng)作用下，P型半導體中的少數載流子-電子被吸引到半導體的表面，并被空穴所俘獲而形成負離子，組成不可移動(dòng)的空間電荷層（稱(chēng)耗盡層又叫受主離子層）。UGS愈大，電場(chǎng)排斥硅表面層中的空穴愈多，則耗盡層愈寬，且UGS愈大，電場(chǎng)愈強；當UGS 增大到某一柵源電壓值VT（叫臨界電壓或開(kāi)啟電壓）時(shí)，則電場(chǎng)在排斥半導體表面層的多數載流子-空穴形成耗盡層之后，就會(huì )吸引少數載流子-電子，繼而在表面層內形成電子的積累，從而使原來(lái)為空穴占多數的P型半導體表面形成了N型薄層。由于與P型襯底的導電類(lèi)型相反，故稱(chēng)為反型層。在反型層下才是負離子組成的耗盡層。這一N型電子層，把原來(lái)被PN結高阻層隔開(kāi)的源區和漏區連接起來(lái)，形成導電溝道。

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