MOSLiyy2003-10-27MOS晶体管结构和工作原理MOS晶体管结构结构图平面图MOS晶体管种类MOS晶体管符号MOS晶体管工作原理MOSFET特性MOSIVCURVEMOS衬底偏置效应MOS热载流子效应•MOS结构图VgVsVdFOXN+N+LW栅（G）源（S）漏（D）VbP衬底（B）FOX•MOS平面图TOPOLYW1•MOS在正常工作条件下，栅电压V生的电场控制着源漏间沟道区内载流子的运动。由于器件的电流由器件内部的电场控制-----------MOS场效应晶体管（MOSFET）栅极与其它电极之间是绝缘的-----------绝缘栅场效应晶体管（IGFET）•MOSMOS晶体管种类按沟道区中载流子类型分N沟MOS晶体管：衬底为P型，源漏为重掺杂的N+，沟道中载流子为电子P沟MOS晶体管：衬底为N型，源漏为重掺杂的P+，沟道中载流子为空穴在正常情况下，只有一种类型的载流子在工作，因此也称其为单极晶体管•MOSMOS晶体管种类按工作模式分增强型晶体管：若在零栅压下不存在漏源导电沟道，为了形成导电沟道，需要施加一定的栅压，也就是说沟道要通过“增强”才能导通耗尽型晶体管：器件本身在漏源之间就存在导电沟道，即使在零栅压下器件也是导通的。若要使器件截止，就必须施加栅压使沟道耗尽•MOSMOS晶体管符号NMOS：PMOS：GDBSGDBGDSGDSGDSGDBSGDBGDS•MOSMOS晶体管特性N沟MOS截面图VsVdVgXsdN+N+Xdd耗尽区边界QgQbQiPSubstrate(Nb)VbL•MOSMOS晶体管特性假定漏端电压Vds为正，当栅上施加一个小于开启电压的正栅压时，栅氧下面的P型表面区的空穴被耗尽，在硅表面形成一层负电荷，这些电荷被称为耗尽层电荷Qb。这时的漏源电流为泄漏电流。如果Vgs

　　Vth，在P型硅表面形成可移动的负电荷Qi层，即导电沟道。由于表面为N型的导电沟道与P型衬底的导电类型相反，因此该表面导电沟道被称为反型层。•MOSMOS晶体管特性在Vgs=Vth时，表面的少数载流子浓度（电子）等于体内的多数载流子（空穴）的浓度。栅压越高，表面少数载流子的电荷密度Qi越高。（可动电荷Qi也可称为反型电荷）此时，如果漏源之间存在电势差，由于载流子（NMOS中为电子）的扩散，会形成电流Ids。这时PN结的泄漏电流仍然存在，但它与沟道电流相比非常小，一般可以忽略。由于反型电荷Qi强烈地依赖与栅压，因此可以利用栅压控制沟道电流。•MOSMOSIVCURVE线性区饱和区击穿区截止区漏电压漏电流（a）（b）•MOSMOSIVCURVE线性区对于固定的Vgs(

　　Vth)，当漏压很小时，漏电流Ids随漏压的增加而线性增加。但随着漏压的增加，漏电流的增加速度不断减小直到Ids达到某一恒定的饱和值。在这个工作区，MOS表现出类似于电阻的特性，并且随着栅压的变化而变化，即沟道电阻随着栅压的增加而减小。这个区域也叫可调电阻区。•MOSMOSIVCURVE饱和区SDGPVgsVds

　　Vgs-Vth•MOSMOSIVCURVE饱和区在漏源之间接上电压Vds，则沟道区的电位从靠近源端的零电位逐渐升高到靠近漏断的Vds。而栅极的电位是恒定的，所以在沟道从源极到漏极不同位置上，栅极与沟道之间的电位差是不等的，因而沟道不同位置上的表面电场也是不等的。那么沟道中积累的可动载流子也随着电位差从源到漏由多到少，沟道也由厚到薄，沟道的导电能力随之下降，漏源输出电流随Vds上升的速度降下来，故Ids曲线逐渐趋向平缓。当Vds进一步增大时：Vds

　　Vgs-Vt，漏端的沟道消失，即漏端的沟道被夹断，这个夹断区成了漏源之间电流通路上电阻最大的区域。在夹断后Vds的继续增大都集中降落在夹断区，因此尽管Vds增大了，沟道两端的电压降仍是Vgs-Vt不变。这使得经过沟道漂移进入夹断区的电子流也基本上不随Vds的增加而改变，Ids也就不变了，所以曲线几乎变为直线。•MOSMOSIVCURVE击穿区饱和区之后，若Vds进一步增加，晶体管进入击穿区，Ids随Vds迅速增大，直至引起漏-衬PN结击穿，这是由于漏端高电场引起的。截止区在该区域，Vgs