mos场效应晶体管
场效应管和mos管的区别
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(PowerMOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数PowerMOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
白底+9第9章MOS场效应晶体管
结论：导电因子由工艺参数 K’和设计参数 W/L 决定。
VLSI CAD, CHP.0 37
9-1-1 MOS晶体管的基本结构
• MOS晶体管--- MOSFET,金属-氧化物-半 导体场效应晶体管 • 基本结构：源区，漏区，沟道区,图1-1-2， 图1-1-1, • 主要结构参数：
– – – –
2000-9-20
沟道长度（1-1-2,栅极图形沟道长度poly,实际沟道长度S-D） 沟道宽度W (1-1-3, W= W1 +W2 +W3) 栅氧化层厚度tox 源漏区结深 Xj （见图1-1-1 ）
• 9-4- 1 MOS晶体管的本征电容 – 定义：由沟道区内的耗尽层电荷和反型层电荷随外 电压变化引起的电容。 • 9-4- 2 MOS晶体管的寄生电容 – 源漏区PN结电容：CjSB、CjDB，图1-4-6 – 覆盖电容： CGS、CGD, 图1-4-9, CGB,图1-4-9, • 9-4- 3 MOS晶体管瞬态分析的等效电路*
27
夹断现象
2000-9-20
VLSI CAD, CHP.0
28
9-3-3 饱和区沟道长度调制效应
• 现象：图1-3-9，实际I—V特性饱和区电流不饱和 • 原因：图1-3-8 • 对电流方程的修正：在下式中
W off Cox
Leff
Leff L ΔL (1.3.26)
ΔL λVDS L
• 美国，R.M.Warner, • 电子工业出版社
前言， 2
9-1 MOS晶体管工作原理
• • • • 9-1-1 MOS晶体管的结构特点和基本原理 9-1-2 MOS晶体管的阈值电压分析 9-1-3 MOS晶体管的电流方程 920
MOS场效应管
MOS场效应管MOS晶体管金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。
MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-ICMOSFET的结构MOSFET是Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的英文缩写，平面型器件结构，按照导电沟道的不同可以分为NMOS和PMOS器件。
MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGS实现对水平IDS的控制。
它是多子（多数载流子）器件。
用跨导描述其放大能力。
MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中，S＝Source，G=Gate,D=Drain。
NMOS和PMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。
简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N 型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。
如图所示，两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。
器件的栅电极是具有一定电阻率的多晶硅材料，这也是硅栅MOS器件的命名根据。
在多晶硅栅与衬底之间是一层很薄的优质二氧化硅，它是绝缘介质，用于绝缘两个导电层：多晶硅栅和硅衬底，从结构上看，多晶硅栅-二氧化硅介质-掺杂硅衬底(Poly-Si--SiO2--Si)形成了一个典型的平板电容器，通过对栅电极施加一定极性的电荷，就必然地在硅衬底上感应等量的异种电荷。
这样的平板电容器的电荷作用方式正是MOS器件工作的基础。
MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如图2所示。
图2中各部分的物理意义为：（1）LG和RG代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
第八章 MOS场效应晶体管
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD 2FB
e) 氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条 件下，当 TOX = 150 nm 时：
QOX 1.8 ~ 3.0 V COX
以VGS 作为参变量，可以得到不同VGS下的VDS ～ID 曲线族， 这就是 MOSFET 的输出特性曲线。
非
饱
饱
和
和
区
区
将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区， 虚线右侧为饱和区。
5、MOSFET的类型 P 沟 MOSFET 的特性与N 沟 MOSFET 相对称，即： (1) 衬底为 N 型，源漏区为 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的极性以及 ID 的方向均与 N 沟相反。 (3) 沟道中的可动载流子为空穴。 (4) VT < 0 时称为增强型（常关型），VT > 0 时称为耗尽型
MS
QOX COX
K
2FP VS VB
1
2 2FP VS
注意上式中，通常 VS > 0，VB < 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时：
VT
MS
QOX COX
K
2 FP
1 2
2FP
这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。
同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为：
电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化
层电容，COX
OX
TOX
，TOX 为氧化层厚度。
(3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图
mos名词解释
mos名词解释
MOS，全称为Metal-Oxide-Semiconductor，即半导体金属氧化物，它
是集成电路中的材料，现在也可指代芯片。
MOSFET是MOS的缩写，中文名是金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管。
MOSFET由P-N结构成，P是正的意思(positive)，N是负的意思(negative)。
由于正负离子的作用，在MOSFET内部形成了耗尽层和沟道，耗尽层里的正负离子相互综合，达到了稳定的状态，而沟道是电子流通的渠道。
MOSFET可分为HMOS（高密度MOS)和CMOS(互补MOS)，两种合起来又有了CHMOS。
MOSFET的功能和三极管差不多主要是放大电路。
以上内容仅供参考，如需更专业的名词解释，建议咨询专业人士。
MOS管初级入门详解MOSFET
MOS管初级⼊门详解MOSFETMOS管初级⼊门详解功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（MetalOxideSemiconductor⾦属氧化物半导体），FET （FieldEffectTransistor场效应晶体管），即以⾦属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利⽤电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）,简称功率MOSFET （PowerMOSFET）。
结型功率场效应晶体管⼀般称作静电感应晶体管（StaticInductionTransistor——SIT）。
其特点是⽤栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率⼩，开关速度快，⼯作频率⾼，热稳定性优于GTR，但其电流容量⼩，耐压低，⼀般只适⽤于功率不超过10kW的电⼒电⼦装置。
2.功率场效应晶体管MOSFET的结构和⼯作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压⼤于（⼩于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电⽓符号如图1所⽰；其导通时只有⼀种极性的载流⼦（多⼦）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与⼩功率MOS管相同，但结构上有较⼤区别，⼩功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET⼤都采⽤垂直导电结构，⼜称为VMOSFET （VerticalMOSFET），⼤⼤提⾼了MOSFET器件的耐压和耐电流能⼒。
按垂直导电结构的差异，⼜分为利⽤V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET），本⽂主要以VDMOS器件为例进⾏讨论。
mos场效应晶体管
mos场效应晶体管
Mos场效应晶体管是一种由晶体管和一组极性电极组成的可控制的电晶体元件，它的构造有着三个基本构元：主要是活塞片，源极和漏极。
Mos场效应晶体管是半导体电子器件中的重要一部分，它由两个栅极桥式构成，由垂直排列的源极，漏极，活塞片和双栅极构成，通过改变活塞片的位移来改变电路参数，以实现对电路的控制，是工业等领域应用十分广泛的半导体元件。
它具有较低的截止电压，低风险，高稳定性，低功耗，高可靠性等优点，适用于低功耗、放大、抑制、调节等电路应用。
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4. P沟耗尽型MOS管及转移特性
4.2.3 MOS 场效应晶体管的输出特性
同双极型晶体管一样，场效应晶体管的许多基本特性 可以通过它的特性曲线表示出来。
N 沟 MOS 场效应晶体管的偏置电压
它的输出特性曲线则如下图所示： 下面分区进行讨论：
1. 可调电阻区(线性工作区) 可归纳为：外加栅压UGS增大，反型层厚度增加，因而 漏源电流随UDS线性增加，其电压-电流特性如上图中 UGS=5V曲线中的OA段所示。
实际 MOS 结构的阀值电压为：
UT
U FB
U OX
2 F
QOX QB max COX
UDS较小时，导电沟道随UGS的变化
a) UGS< UT 没有沟道 b) UGS> UT 出现沟道 c) UGS>>UT 沟道增厚
2. 饱和工作区 此时的电流-电压特性对应与特性图中UGS=5V曲线的AB段。
导电沟道随UDS的变化
a) UDS很小沟道电阻式常数 b) UDS=UDSat开始饱和 c) UDS>>UDSat漏极电流不再增加
可以得出使沟道夹断进入饱和区的条件为UDS>>UGS-UT .
3. 击穿工作区 此时的电流-电压特性曲线对应于特性图中UGS=5V的BC段。
四种 MOS 晶体管的结构、接法和特性曲线
a) N沟道增强型 b) N沟道耗尽型 c) P沟道增强型 d) P沟道耗尽型
4.3 MOS场效应晶体管的阀值电压
qms
(qm
qs ) qm
(q
Eg 2
q F ) 0
UG=0 时理想 MOS 二极管的能带图
2）在任何偏置条件下，MOS结构中的电荷仅位于半导体 之中，而且与邻近氧化层的金属表面电荷数量大小相 等，但符号相反。
3）氧化膜是一个理想的绝缘体，电阻率为无穷大，在直 流偏置条件下，氧化膜中没有电流通过。
MOS 电容等效示意图
在平带条件下对应的总电容称为MOS 结构的平带电容CFB
C FB
tOX
OX 0
1 2
OX S
LD
右图表示了P型半 导体MOS结构的理 想C-U曲线
MOS电容-电压曲线
4.1.2 实际MOS 结构及基本特性
几种影响理想MOS结构的特性 1.功函数差的影响
左图为几种主要硅栅极材料 的功函数差随浓度的变化
4.3.1 阀值电压
1. MOS 结构中的电荷分布 对于MOS 结构的P型半导体，其费米势为：
F
T
q
ln
NA ni
左图给出了 MOS 结 构强反型时的能 带图和电荷分布 图。
a) 能带图
b) 电荷分布图
2. 理想 MOS 结构的阀值电压
理想MOS 结构是指忽略氧化层中的表面态电荷密度， 且不考虑金属-半导体功函数差时的一种理想结构。
理想 MOS 结构的阀值电压为
UT
0
QB max COX
2
F
3. 实际 MOS 结构的阀值电压
在实际的 MOS 结构中，存在表面态电荷密度QOX和金属-半导 体功函数差фms。 因此，在实际MOS结构中，必须用一部分栅压去抵消它们的 影响。才能使MOS结构恢复到平带状态，达到理想MOS结构 状态。
电势与距离的关系，可由 一维泊松方程求得
d 2
dx2
(x) 0 S
对泊松方程积分，可得表面耗尽区的静电势分布为
s
(1
x W
)2
表面势ψs为
s
qN AW 2
2 0 S
此电势分布与单边PN+结相同。
3.理想MOS结构的电容-电压特性 MOS 结构的总电容C是由氧化膜电容COX与半导体表面 空间电荷区的微分电容Cd串联组成，如下图所示
在实际的MOS结构中，金属-半导体功函数差不等于零， 半导体能带需向下弯曲，如图所示，这是因为在热平衡 状态下，金属含正电荷，而半导体表面则为负电荷
为了达到理想平带状况，需要外加一个相当于功函数 差qфms的电压，使能带变为如下图所示的状况。
平带情况
2.氧化层中电荷的影响
在通常的SiO2-Si结构中包括以下四种情况，如下图 系 统 电 荷 示 意 图
MOS 场效应晶体管基本结构示意图
2. MOS管的基本工作原理 MOS 场效应晶体管的工作原理示意图
4.2.2 MOS 场效应晶体管的转移特性
MOS 场效应晶体管可分为以下四种类型:N沟增强型、 N沟耗尽型、P沟增强型、P沟耗尽型。 1. N沟增强型MOS管及转移特性
2. N沟耗尽型MOS管及转移特性 3.P沟增强型MOS管及转移特性
0
对于N型半导体，
F
T q
ln( ND ) 0 ni
静电势ψ的定 义如图所示
而空穴和电子的浓度也可表示为ψ的函数
pP
ni
exp
q F
T
nP
ni
exp
q
T
F
当能带如上图所示向下弯曲时，ψ为正值,表面载流子的浓度 分别为
ns
ni
exp
q( s
T
F
ps
ni
exp
q( F
T
s
通过以上讨论，以下各区间的表面电势可以区分为： Ψs<0空穴积累（能带向上弯曲）； Ψs=0平带情况； ΨF>Ψs>0空穴耗尽（能带向下弯曲）； ΨF=Ψs 表面上正好是本征的ns=ps=ni ΨF<Ψs 反型情况（反型层中电子积累，能带向下弯曲）。
1）界面中陷阱电荷 2）氧化层中的固定电荷 3）氧化层陷阱电荷 4）可中电荷都存在时， MOS结构的平带电压为
U FB
ms
QOX COX
4.2 MOS 场效应晶体管的工作原理与基本特性
4.2.1 MOS 场效应晶体管的基本工作原理 1. MOS 晶体管的基本结构
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象
b) 耗尽现象
c) 反型现象
2.表面势与表面耗尽区
下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况 下更为详细的能带图。
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为
F
(Ei
EF )体内 q
因此，对于P型半导体， F
T
q
ln( N A ) ni
4.1 MOS结构与基本性质
4.1.1 理想MOS结构与基本性质
MOS结构指金属-氧化物-半导体结构。 为便于讨论，规定在金属栅上所加电压UG相对于P型半导体衬
底为正，称为正向偏置电压;反之则为反向偏置电压。
MOS 二极管结构 a) 透视图 b) 剖面图
1.理想MOS二极管的定义与能带
1）在外加零偏压时，金属功函数与半导体函数之间没 有能量差，或两者的功函数差qφms为零