MOSFET的(de)基本工作原理
對MOSFET(金屬氧化物半導體(tǐ)場效應晶體(tǐ)管)的基本結(jié)構,要理解MOSFET的功能,或許要(yào)首(shǒu)先研究一(yī)下半導體表麵。
由於缺乏相鄰的原子,某種半導體的表麵總是其理想晶(jīng)格的一種被擾亂的(de)形態。因此(cǐ),表麵常常會生長一(yī)層薄的氧化層或吸附一些(xiē)其他原子和(hé)分子。於是,這些表麵層通(tōng)常會帶電。
以一種(zhǒng)p型半(bàn)導體為(wéi)例,假定其表麵帶正電對少量正電荷可得在這種表麵(miàn),空穴的濃度/密度逐漸降低(dī),其導帶(dài)和價帶同時向下(xià)彎曲,建立起一個厚度(dù)為hd的耗盡區。
增大正電荷量將導致(zhì)I qVs I > E; - EF
在這種情況下,導帶和價帶彎曲(qǔ)得更加厲害,對於半導體表麵處的一個較小區(qū)域,費米能級更加靠近導帶而不是價帶,從而形成一個厚度為h的(de)反型層,在(zài)反型層中電(diàn)子是多(duō)數載流子。
緊挨著反型層的是厚度為h.的耗盡層,耗盡層把反(fǎn)型層和P區隔開。
如果該p型半(bàn)導體表麵帶負電,所形成的將是空穴累積層。N型半(bàn)導體(tǐ)的特性(xìng)與之相似:表麵帶正電時形成累積層,表麵帶負電時(shí)形成耗盡區負電荷增多則形成反型層。
接下(xià)來,假定在此p型半導體(tǐ)的表麵有一層薄氧化膜,氧化(huà)膜上再鍍一層金屬膜。在這層金屬膜上施加(jiā)一個正向電壓。進一步再添加兩個n+區分別作為源區和
漏區(qū)。這樣,我們(men)就(jiù)有了一個最(zuì)簡單的橫向MOS場效應晶體管的例子。正向(xiàng)電壓的作用(yòng)和正表麵(miàn)電荷的作用(yòng)相同(tóng):當柵極上有足夠大的正電壓,兩個
n區就會(huì)通過反型層連接起來。由於柵壓Vc>VT,漏極和源極之間才有電(diàn)流通過。
柵源閾值電壓Vr(對n溝道(dào) MOSFET):該閾值電壓是(shì)這樣一個柵極電壓,在此電壓下產生的電子濃(nóng)度等於空穴濃度。
MOS場效應晶體管可分為
1)n溝道MOSFET:在p區形成一個n型溝道。
2)p溝道 MOSFET:在n區(qū)形成一個p型溝道。
仔細(xì)探查,必須考慮到氧化層在靠近(jìn)半導體的界麵上含有正電荷。這些電荷的密度在5x10°~1x101/c㎡數量級。而且,功率MOSFET的(de)柵區由n型重摻雜多晶矽層組成),由於n*摻雜多晶矽和p型半導體(考慮n溝道MOS-
FET)中(zhōng)費米能級的位置不(bú)同,柵極和半導體之間已(yǐ)經存在了(le)一個電勢差。這兩種效應(yīng)都以相同(tóng)的方式起作用,猶如一個外施正(zhèng)柵極電壓,從而導致閾值電壓V,降低。n溝道(dào) MOSFET在p區低摻雜和氧化層電荷密度高的情況下,V是負的,甚(shèn)至沒有外
加柵(shān)極電壓,溝道也會存在。上麵(miàn)所提到的閾值電(diàn)壓的定義仍然是有效的。
MOSFET 可根據柵極電壓分為
1)耗(hào)盡型(xíng):V<0,該(gāi)器件為常開器件,在柵源加負電壓vc
2)增(zēng)強型:Vπ>0,n溝道隻在Vc>Vr時才會形成(常關器件(jiàn))。
通常情況下,由於具有常關特點,電力電子技術中使用的是增強型MOSFET器件,而且幾乎都是n溝道MOSFET.由於電子的遷移率遠遠高於空穴的遷移率(lǜ),n溝道MOSFET器件(jiàn)更有優勢。現代器件閾(yù)值電壓的典型值被調整到2~4V。