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半导体器件——MOS管 时间:2018-03-14      来源:半导体设备推荐

半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间,利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件,可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。

场效应晶体管是依靠一块薄层半导体受横向电场影响而改变其电阻(简称场效应),使具有放大信号的功能。这薄层半导体的两端接两个电极称为源和漏。控制横向电场的电极称为栅。

根据栅的结构,场效应晶体管可以分为三种:

①结型场效应管(用PN结构成栅极);

②MOS场效应管(用金属-氧化物-半导体构成栅极,见金属-绝缘体-半导体系统);

③MES场效应管(用金属与半导体接触构成栅极);其中MOS场效应管使用最广泛。尤其在大规模集成电路的发展中,MOS大规模集成电路具有特殊的优越性。MES场效应管一般用在GaAs微波晶体管上。

在MOS器件的基础上,又发展出一种电荷耦合器件 (CCD),它是以半导体表面附近存储的电荷作为信息,控制表面附近的势阱使电荷在表面附近向某一方向转移。这种器件通常可以用作延迟线和存储器等;配上光电二极管列阵,可用作摄像管。

MOS场效应管的分类:

MOS场效应管按其沟道和工作类型可分为四种:N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道耗尽型。表2.1列出了四种场效应管的特点。

半导体设备

特性曲线

图2.4示出了增强型NMOS管共源电路的转移特性和输出特性曲线。

半导体设备

图(a)的转移特性曲线描述MOS管栅源电压uGS和漏极电流iD之间的关系。因为uGS是输入回路的电压,而iD是输出回路的电流,故称转移特性。可以看出:

当uGS很小时:iD基本上为0,管子截止;当uGS大于UTN(UTN称作开启电压)时:iD 随uGS的增加而增加。

图(b)的输出特性曲线描述漏源电压uDS和漏极电流iD之间的关系。可以看出,它分作三个区域:

夹断区: uGS < UTN的区域 。在夹断区,管子处于截止状态,漏源间的等效电阻极高。漏极电流几乎为0,输出回路近似开路;

可变电阻区:uGS >UTN且uDS较小(uDS< uGS-UTN)的区域 。在可变电阻区,iD和uDS之间呈线性关系,uGS值越大,曲线越陡,漏源间的等效电阻就越小;

恒流区:uGS >UTN且uDS较大(uDS> uGS-UTN)的区域 。在恒流区,iD只取决于uGS,而与uDS无关。

表2. 2列出了MOS管工作在截止和导通状态时的条件及特点。

表2.2

    NMOS管   PMOS管       特         点
截止 uGS <UTN uGS >UTP RDS非常大,相当于开关断开
导通 uGS ³ UTN uGS £ UTP rON非常小,相当于开关闭合

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