N 溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理
(1)vGS 對(duì) iD 及溝道的控制作用
① vGS=0 的情況
可以看出,增強(qiáng)型 MOS 管的漏極 d 和源極 s 之間有兩個(gè)背靠背的 PN 結(jié)。
當(dāng)柵——源電壓 vGS=0 時(shí),即使加上漏——源電壓 vDS,而且不論 vDS 的極性如何,總有一個(gè) PN 結(jié)處于反偏狀態(tài),漏——源極間沒有導(dǎo)電溝道,所以這時(shí)漏極
電流 iD≈0。
② vGS>0 的情況
若 vGS>0,則柵極和襯底之間的 SiO2 絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。電場(chǎng)方向垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)能排斥空穴而吸引電子。排斥空穴:使柵極附近
的 P 型襯底中的空穴被排斥,剩下不能移動(dòng)的受主離子(負(fù)
離子),形成耗盡層。吸引電子:將 P 型襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表
面。
(2)導(dǎo)電溝道的形成:
當(dāng) vGS 數(shù)值較小,吸引電子的能力不強(qiáng)時(shí),漏——源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn),vGS 增加時(shí),吸引到 P 襯底表面層的電子就增多,當(dāng) vGS 達(dá)到某一數(shù)值時(shí),這些電子在柵極附近
的 P 襯底表面便形成一個(gè) N 型薄層,且與兩個(gè)N+區(qū)相連通,在漏——源極間形成 N 型導(dǎo)電溝道,其導(dǎo)電類型與 P 襯底相反,故
又稱為反型層。vGS 越大,作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)就越強(qiáng),吸引到 P 襯底表面的電子就越多,導(dǎo)電溝道越厚,溝道電阻越小。開始形成溝道時(shí)的柵——源極電壓稱為開啟電壓,
用 VT 表示。
上面討論的 N 溝道 MOS 管在 vGS<VT 時(shí),不能形成導(dǎo)電溝道,管子處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng) vGS≥VT 時(shí),才有溝道形成。這種必須在 vGS≥VT 時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道的MOS 管稱為
增強(qiáng)型 MOS 管。溝道形成以后,在漏——源極間加上正向電壓 vDS,就有漏極電流產(chǎn)生。vDS 對(duì) iD 的影響,當(dāng) vGS>VT 且為一確定值時(shí),漏——源電壓 vDS 對(duì)導(dǎo)電溝道及電流
iD 的影響與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相似。漏極電流 iD 沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等,靠近源極一端的電壓最大,這里溝道最厚,而漏極一端電壓最小,其值
為 VGD=vGS-vDS,因而這里溝道最薄。但當(dāng) vDS 較小(vDS<vGS–VT)時(shí),它對(duì)溝道的影響不大,這時(shí)只要 vGS 一定,溝道電阻幾乎也是一定的,所以 iD 隨 vDS 近似呈線性
變化。隨著 vDS 的增大,靠近漏極的溝道越來越薄,當(dāng) vDS 增加到使 VGD=vGS-vDS=VT(或 vDS=vGS-VT)時(shí),溝道在漏極一端出現(xiàn)預(yù)夾斷。再繼續(xù)增大 vDS,夾斷點(diǎn)將向源極方向
移動(dòng)。由于 vDS 的增加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū),故 iD 幾乎不隨 vDS 增大而增加,管子進(jìn)入飽和區(qū),iD 幾
乎僅由 vGS 決定。