什么是耗尽型mos晶体管
据导电方式的不同,mosfet又分增强型、耗尽型。耗尽型是指,当vgs=0时即形成沟道,加上正确的vgs时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。
耗尽型mos场效应管,是在制造过程中,预先在sio2绝缘层中掺入大量的正离子,因此,在ugs=0时,这些正离子产生的电场也能在p型衬底中“感应”出足够的电子,形成n型导电沟道。
当uds>0时,将产生较大的漏极电流id。如果使ugs<0,则它将削弱正离子所形成的电场,使n沟道变窄,从而使id减小。当ugs更负,达到某一数值时沟道消失,id=0。使id=0的ugs我们也称为夹断电压,仍用up表示。ugs
n沟道耗尽型mosfet的结构与增强型mosfet结构类似,只有一点不同,就是n沟道耗尽型mosfet在栅极电压ugs=0时,沟道已经存在。该n沟道是在制造过程中应用离子注入法预先在衬底的表面,在d、s之间制造的,称之为初始沟道。n沟道耗尽型mosfet的结构和符号如图1.(a)所示,它是在栅极下方的sio2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当vgs=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当vgs>0时,将使id进一步增加。vgs<0时,随着vgs的减小漏极电流逐渐减小,直至id=0。对应id=0的vgs称为夹断电压,用符号vgs(off)表示,有时也用vp表示。n沟道耗尽型mosfet的转移特性曲线如图1.(b)所示。
(a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线
图1. n沟道耗尽型mosfet的结构和转移特性曲线
由于耗尽型mosfet在ugs=0时,漏源之间的沟道已经存在,所以只要加上uds,就有id流通。如果增加正向栅压ugs,栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子,沟道变厚,沟道的电导增大。
如果在栅极加负电压(即ugs<0=,就会在相对应的衬底表面感应出正电荷,这些正电荷抵消n沟道中的电子,从而在衬底表面产生一个耗尽层,使沟道变窄,沟道电导减小。当负栅压增大到某一电压up时,耗尽区扩展到整个沟道,沟道完全被夹断(耗尽),这时即使uds仍存在,也不会产生漏极电流,即id=0。up称为夹断电压或阈值电压,其值通常在–1v–10v之间n沟道耗尽型mosfet的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2—60(a)、(b)所示。
在可变电阻区内,id与uds、ugs的关系仍为
在恒流区,id与ugs的关系仍满足式(2—81),即
若考虑uds的影响,id可近似为
对耗尽型场效应管来说,式(2—84)也可表示为
式中,idss称为ugs=0时的饱和漏电流,其值为
p沟道mosfet的工作原理与n沟道mosfet完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有npn型和pnp型一样。
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