n沟道损耗型mosfet
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MOSFET符号,分类及其VI特性

MOSFET全型是金属氧化物半导体场效应晶体管。在这里我们将讨论MOSFET符号的分类和vi特征。它们大致分为两种类型,即增强型和耗尽型MOSFET。

在增强型MOSFET通道必须诱导器件导电,这是通过将Vgs电压提高到阈值电压以上来实现的。
由于Vgs电压的增加增强了通道,因此被称为增强型MOSFET。另一种类型的MOSFET是损耗型,其中通道存在,即使它是无偏置的。每一个进一步分类为n通道MOSFET或p通道。

在增强型MOSFET中,沟道形成需要一个阈值电压。对于n通道MOSFET, Vt总是正的,我们期望在栅极端施加一个正电压来诱导通道。

因此,Vt的正值意味着施加电压必须大于该阈值电压才能获得强反转和导通n通道。

增强型mosfet有两种类型:

  • n通道增强型MOSFET
  • p通道增强型MOSFET

n型MOSFET

Nmos晶体管图

n沟道增强型MOSFET的物理结构nMOS制造的起始材料是p型衬底。
源极和漏极都掺杂了大量物质
由n型杂质通过合适的掩膜扩散到这些区域形成的。

因此,源极和漏极通过两个二极管彼此隔离。在衬底表面生长一层薄薄的二氧化硅,覆盖在源区和漏区之间的区域。

n型MOSFET

该装置的栅电极是通过在氧化层的顶部沉积金属而形成的。金属触点从源区、漏区和本体中取出。因此,MOSFET是一个四端器件,分别为栅极、源极、漏极和体极。

导电通道最终会形成
通过在截面上施加栅极电压
漏极和源扩散区之间的器件。

列车与源扩散区之间的距离为通道长度L,求出通道的横向范围为通道宽度。

n通道EMOSFET电路符号
n通道增强型mosfet的电路符号

图中显示了nMOS晶体管的电路符号。第一个符号是四端符号,而后者显示MOSFET符号,其源极、漏极和栅极短,给出nMOS晶体管的三端符号。

mosfet的名字来源于它的物理结构。然而,该名称已成为通用名称,也用于不使用金属作为栅电极的fet。

事实上,金属大多是被重掺杂的多晶硅在微观水平上由小区域的硅晶体称为微晶

术语多晶源于将材料视为由随机分布的晶体组成。它与晶体硅具有相同的熔化温度。

这使得晶圆片在栅极成型后可以进行需要高温处理的加工步骤,使其比金属更适合作为材料。

此外,多晶硅可以掺杂到任何水平。例如,在离子注入形成源区和漏区多晶硅也得到掺杂。

MOSFET的另一个名称是绝缘栅FET或IGFET,然而,这个标签不常用。它之所以如此命名,是因为它的结构中栅电极与设备本体绝缘。

六、可控硅整流器的特性

pMOS:

p通道pMOS采用n型半导体材料作为衬底,源极和漏极为p+区。

该设备的工作方式与n通道设备相同。空穴作为载流子也就是说,nMOS晶体管中有n型硅的地方现在都是pMOS晶体管中的p型硅,同样,有p型硅的地方现在都是pMOS晶体管中的n型硅。

PMOS晶体管图
PMOS晶体管图

因此,为了在栅极下方形成反转层,我们需要将空穴吸引到栅极电极上,因此,Vgs电压必须足够负。因此,阈值电压(Vt)为负值。

此外,电流流过通道的Vds电压必须为负。因此,对于pMOS晶体管,Vgs, Vds和Vt是负的。同时,电流方向是从源端到漏端。显示p通道增强型MOSFET的电路符号。

p通道EMOSFET电路符号
p通道增强型mosfet的电路符号

Id vs Vds MOSFET特性:

Id vs Vds图mosfet
显示了nMOS晶体管的Id与Vds曲线。

从上述MOSFET特性可以看出,a有三个工作区域,即截止区、饱和区和欧姆区。在截止区域,它处于关闭状态,而在饱和区域,它作为一个放大器,在欧姆区域,它作为一个打开的开关。

在上面的图表中,你可以看到,当我们增加Vds电压时,电流id首先增加,然后几乎变成常数。

Id vs Vgs MOSFET特性:

Id VS Vgs MOSFET

漏极电流随着Vgs电压的增加呈指数增长,然后趋于恒定。正如MOSFET特性所示,有一个最小的门至源电压,称为阈值电压,在此电压下电流才开始流过通道。

nMOSFET相对于pMOSFET的优点:

现在,n沟道mosfet已经变得非常流行,并被广泛用于制造MOS电路和系统,而不是p沟道mosfet。p沟道mosfet只能在互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路中使用。

n沟道MOS晶体管相对于p沟道MOSFET的主要优势在于n沟道器件中的电荷是电子,其迁移率约为1300 cm²/Vs。

另一方面,电荷向内流动。p通道器件是迁移率约为500 cm²/Vs的孔。

由于半导体中的电流与迁移率成正比,因此在相同尺寸的n沟道mosfet中的电流是p沟道mosfet的两到三倍以上。n沟道mosfet的ON电阻是p沟道mosfet的三分之一。

这意味着为了实现相同的电流和ON电阻值,p沟道MOSFET需要等效n沟道MOSFET面积的三倍。

因此,使用n沟道mosfet的电子电路在尺寸上要比p沟道mosfet小得多。其结果是在较高的填料密度。

损耗型MOSFET:

有两种类型的耗尽型mosfet

  • n沟道损耗型MOSFET
  • p沟道损耗型MOSFET

虽然耗尽型MOS晶体管在结构和工作模式上与增强型mosfet在某种程度上相似,但有一个重要的区别。

n沟道损耗型mosfet

损耗型MOSFET固有地有一个通道。
即使栅极端没有偏置,它在半导体表面也有一个n型区域连接n+源和漏极区域(对于n通道耗尽型MOSFET),即使栅极端没有偏置。

因此,如果在漏极和源之间施加电压Vds, Vgs = 0时电流Id流动,因此,与增强型MOSFET不同,在耗尽型MOSFET中不需要诱导通道。

显示n通道损耗型MOSFET的电路符号。

p通道DMOSFET电路符号
n通道损耗型mosfet的电路符号

n沟道损耗型MOSFET
它由由硅半导体形成的p型硅衬底组成,该衬底作为支撑体,在其上构建设备。
n型材料扩散到衬底中形成漏极和源极。如图所示,一个n通道区域将源区和漏区连接在一起。

晶体管有四个终端栅、漏极、源极和体极。图中显示了三个终端。正如我们所看到的,栅极和衬底是相互隔离的,因为它们之间存在二氧化硅。

二氧化硅是一种绝缘材料,在栅极终端和MOSFET的通道之间没有电连接,这就产生了非常高的输入阻抗而器件的栅极电流几乎为零。

p沟道损耗型mosfet

p沟道损耗型MOSFET:

p沟道损耗型MOSFET的结构与n沟道MOSFET相似,但具有n型衬底和p型源漏区。因此,P-MOSFET的电压极性和电流方向是相反的。

p通道DMOSFET电路符号

p沟道损耗型mosfet包含由空穴组成的沟道(即使是无偏置)。

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