绝缘栅场效应管(MOSFET)内部结构及工作原理
绝缘栅场效应管(MOSFET)内部结构及工作原理

3.2.1 绝缘栅场效应管基本结构和类型

绝缘栅场效应管也可有N沟道与P 沟道两种类型。N沟道IGFET的基本 结构如图3.5所示，它用一块杂质浓度较低的P型薄硅片做衬底，在其

顶部形成两个高掺杂的N+区，分别作为器件的源区和漏区，并相应地 引出两个电极：源极S和漏极D。在源区与漏区之间的P型衬底平面利用

氧化工艺生长一层极薄的二氧化硅绝缘层， 在该绝缘层上沉积出金属铝层并引出电极 作为栅极G。衬底引出一个欧姆接触电

极，称为衬底电极，用符号B表示。这 种器件的栅极与衬底表面的绝缘层 是SiO2，故把它称为金属–氧化物–半 导体场效应管。即MOSFET。



根据在栅源电压UGS＝0时，漏源之间是否存在导电沟道的情况，MOSFET又可分为增强型和耗尽型两种类型，分别用EMOSFET和DMOSFET表示。当UGS＝0时，D、S之间无导电沟道存在，就称为增强型器件；当UGS＝0时，D、S之间有导电沟道存在，就称为耗尽型器件。这样，MOSFET共有4类：N沟道增强型MOSFET；N沟道耗尽型MOSFET；P沟道增强型MOSFET和P沟道耗尽型MOSFET。它们的符号分别由图3.6所示。



3.2.2 N沟道增强型MOSFET

前面我们已经讨论了N沟道IGFET的基本结构，如图3.5所示，如果在制作MOSFET时，在二氧化硅绝缘层中不掺正离子，则就是N沟道增强型MOSFET，若掺入大量正离子，则为N沟道耗尽型MOSFET，下面我们来讨论N沟道增强型MOSFET的工作原理及相应的特性。

1.N沟道增强型MOSFET的工作原理

当器件工作在恒流区也就是在放大状态时，其工作原理与JFET不尽相同。此时N沟道增强型MOSFET的衬底电极B必须接在电路中的最低电位上或与源极相接。而UDS＞0，这样使DS的两个N+区与衬底之间始终处在反偏状态。UGS必须加正极性的电压，以保证形成漏源之间的导电沟道。下面具体讨论。

(1) UGS对ID的控制

当UGS＝0时，N+源区与漏区之间被P型衬底所隔开，就好像两个背靠背的PN结，故漏源无电流流过，这时，可认为管子处于夹断状态。当UGS＞0时，在栅极与衬底之间形成了由栅极指向衬底的电场。此时栅极与衬底之间极薄的SiO2绝缘层犹如一个平板电容器的介质，在电场的作用下，P型衬底中不少子自由电子被吸引到衬底表面处，而多子空穴被排斥离开衬底表面。随着UGS的增加，栅极垂直于衬底表面的电场也增强，被吸引到衬底表面的自由电子也越多。一旦当UGS增加到某一电压UT时，衬底表面的自由电子数量就大于空穴数量，于是在衬底的表面形成了与P型材料相反的N型区，它把源区和漏区相互连接起来，形成了源漏区之间的导电通路。这一N型层通常称之为反型层，相应的开始形成反型层所需的栅源电压UT称为开启电压，其大小一般在2～10V之间。如果此时继续加大UGS，则相应的反型层厚度就随之加大，导电能力也就越强。说明N沟道增强型MOSFET沟道形成的示意图如图3.7所示。UGS对沟道的控制结果也就达到了对ID控制的目的，其具体情况可由转移特性来表示，即Id=f(Ugs)|Ugs=常数.