4.3金属-氧化物-半导体场效应管结型场效应管的输入电阻虽然可达106109W，但在要求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。本节介绍的金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更高的输入电阻，可1015欧姆。并具有是制造工艺简单、适于集成电路的优点。MOS管也有N沟道和P沟道之分，而且每一类又分为增强型和耗尽型两种。增强型MOS管在VGs=O时，没有导电沟道存在。而耗尽型MOS管在VGs=O时，就有导电沟道存在。4.3.1N沟道增强型MOS管的结构在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极S。然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极，作为栅极g。在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。它的栅极与其它电极间是绝缘的。图(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图(c)所示。dr源极s栅极g漏极dId铝Y铝1sio.绝络层铝V'DDVoeves9g销98E上二氨化硅ZN+NNN'耗尽层耗尽层N型（感生）沟道耗尽层PPQJB衬底引线，衬底引线衬底引钱(b)(c)(a)当硼-源电压VGs-U时，即使加上漏-源电压VDS，而且不论VDs的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流i～0。VGs>0的情况若vcs>0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向：垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。电场的作用：这个电场能排斥空穴而吸引电子。排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子（负离子），形成耗尽层。吸引电子：将P型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管 结型场效应管的输入电阻虽然可达 106～109W，但在要求输入电阻更高的 场合，还是不能满足要求。本节介绍的金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET） 具有更高的输入电阻，可 1015 欧姆。并具有是制造工艺简单、适于集成电路的优 点。MOS 管也有 N 沟道和 P 沟道之分，而且每一类又分为增强型和耗尽型两种。 增强型 MOS 管在 vGS=0 时，没有导电沟道存在。而耗尽型 MOS 管在 vGS=0 时， 就有导电沟道存在。 4.3.1 N 沟道增强型 MOS 管的结构 在一块掺杂浓度较低的 P 型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的 N+区，并用 金属铝引出两个电极，分别作漏极 d 和源极 s。 然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝 缘层上再装上一个铝电极,作为栅极 g。 在衬底上也引出一个电极 B，这就构成了一个 N 沟道增强型 MOS 管。MOS 管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。 它的栅极与其它电极间是绝缘的。 图 (a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示 由 P(衬底)指向 N(沟道)。P 沟道增强型 MOS 管的箭头方向与上述相反，如图 (c) 所示。 N 沟道增强型 MOS 管的工作原理 vGS对 iD及沟道的控制作用 vGS=0 的情况 从图 1(a)可以看出，增强型 MOS 管的漏极 d 和源极 s 之间有两个背靠背的 PN 结。 当栅-源电压 vGS=0 时，即使加上漏-源电压 vDS，而且不论 vDS 的极性如何，总有 一个 PN 结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流 iD≈0。 vGS>0 的情况 若 vGS＞0，则栅极和衬底之间的 SiO2 绝缘层中便产生一个电场。 电场方向：垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。 电场的作用：这个电场能排斥空穴而吸引电子。 排斥空穴：使栅极附近的 P 型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子 (负离子)，形成耗尽层。吸引电子：将 P 型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底 表面
导电沟道的形成：当VGs数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图1(b)所示。VGs增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当VGs达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。VGs越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。开始形成沟道时的栅一源极电压称为开启电压，用V表示。结论：上面讨论的N沟道MOS管在VGs<V时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当Vs≥Vi时，才有沟道形成。这种必须在VGs≥Vi时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。沟道形成以后，在漏-源极间加上正向电压VDS，就有漏极电流产生。Vps对iD的影响VD/TVDIiD擎架VoGVDDSVGCVood馆98Ves7g98Vre上上NN+NLN*N+T耗尽层N型沟道N型沟道N型（感生）沟道耗尽层耗尽层PP衬底引线衬底引线衬底引线(b)(a)(c)增大Vps，夹断点将向源极方向移动，如图2(c)所示。由于Vps的增加部分几乎全部降落在夹断区，故i几乎不随vps增大而增加，管子进入饱和区，ip几乎仅由VGs决定。4.3.2N沟道增强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数1.特性曲线和电流方程
导电沟道的形成： 当 vGS 数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现， 如图 1(b)所示。 vGS增加时，吸引到 P 衬底表面层的电子就增多，当 vGS达到某一数值时，这些电 子在栅极附近的 P 衬底表面便形成一个 N 型薄层，且与两个 N+区相连通，在漏 -源极间形成 N 型导电沟道，其导电类型与 P 衬底相反，故又称为反型层，如图 1(c)所示。 vGS 越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到 P 衬底表面的电子就越 多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。 开始形成沟道时的栅—源极电压称为开启电压，用 VT表示。 结论： 上面讨论的 N 沟道 MOS 管在 vGS＜VT时，不能形成导电沟道，管子处于截 止状态。只有当 vGS≥VT时，才有沟道形成。这种必须在 vGS≥VT时才能形成导电 沟道的 MOS 管称为增强型 MOS 管。沟道形成以后，在漏-源极间加上正向电压 vDS，就有漏极电流产生。 vDS对 iD的影响 如图(a)所示，当 vGS>VT且为一确定值时，漏-源电压 vDS对导电沟道及电流 i D 的影响与结型场效应管相似。 漏极电流 iD 沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等， 靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为 VGD=vGS －vDS，因而这里沟道最薄。但当 vDS较小（vDS<vGS–VT）时，它对沟道的影响不大， 这时只要 vGS一定，沟道电阻几乎也是一定的，所以 iD随 vDS近似呈线性变化。 随着 vDS 的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当 vDS 增加到使 VGD=vGS－ vDS=VT(或 vDS=vGS－VT)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如图 2(b)所示。再继续 增大 vDS，夹断点将向源极方向移动，如图 2(c)所示。由于 vDS的增加部分几乎全 部降落在夹断区，故 iD几乎不随 vDS 增大而增加，管子进入饱和区，iD几乎仅由 vGS决定。 4.3.2 N 沟道增强型 MOS 管的特性曲线、电流方程及参数 1．特性曲线和电流方程