八MOS场效应晶体管的基本特性
《MOS场效应晶体管》课件
MOS场效应晶体管的制造工艺
1
制造工艺流程
MOS场效应晶体管的制造过程包括晶圆加工、掺杂、薄膜沉积、光刻和封装等 关键步骤。
2
生产中的注意事项
在MOS场效应晶体管的生产过程中，需要注意材料的纯净度、工艺参数的控制 和设备的精确性，以确保器件的质量和性能。
结束
感谢您的聆听，希望这份课件能够帮助您更好地理解MOS场效应晶体管的重 要性和应用，欢迎进一步探索和学习更多相关知识。
原则和优缺点
两种类型的MOS场效应晶体管在特性、工作模式和应用上存在一些原则和优缺点，需要根 据具体需求选择合适的类型。
MOS场效应晶体管的应用
应用领域
MOS场效应晶体管广泛应用于集成电路、通信、计 算机、消费电子等领域，是现代电子技术的重要组 成部分。
电路中的应用
MOS场效应晶体管在逻辑门、放大器、模拟电路和 功率电子等电路中发挥关键作用，满足不同应用的 要求。
MOS场效应晶体管的特性和工作原理
1 主要特性
2 工作原理
MOS场效应晶体管场效应晶体管通过控制栅极电压来调节 电流，实现信号的放大、开关和调制等功能。
MOS场效应晶体管的分类
分类介绍
MOS场效应晶体管根据栅极与通道之间的结构和电荷输运机制进行分类，主要包括增强型 和耗尽型。
《MOS场效应晶体管》课 件
通过这份课件，您将了解到有关MOS场效应晶体管的重要概念、特性、应用 及制造工艺，欢迎加入我们的学习之旅！
MOS场效应晶体管简介
MOS场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)是一种关键的电子器件，广泛应用于现 代半导体技术中。它由金属、氧化物和半导体材料构成，具有卓越的电子控制能力。
8 电力场效应晶体管 P-MOSFET
P-M O S F E T简介Power – Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 功率金属氧化物半导体场效应管MOSFETMOS管栅极(G ate)漏极(D rain)源极(S ource)（N沟道）有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）增强型M O S F E T结构－－－－－－N沟道P沟道增强型M O S F E T的特点p 压控型器件，驱动损耗小；p 导电沟道可等效为导通电阻(R ds_on)，可以承受双向电流；p 靠多子导电，不存在少子存储效应，开关频率高。
M O S F E T的结构改良M O S F E T的结构改良+−M O S F E T的反并联二极管转移特性转移特性：漏极电流(I D )与栅极驱动电压(V GS)之间的关系。
V GS_th ：栅极开启电压∆I D /∆V GS ：反映了栅极电压对漏极电流的控制能力有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）输出特性输出特性：漏极电流(I)、栅极驱动电压(V GS)和漏源电压(V DS)之间的关系。
D场效应晶体管特点与对比u P-MOSFET 与 BJT 的性能对比是否可控驱动信号额定电压额定电流工作频率饱和压降BJT全控正电流较大中小P-MOSFET全控正电压较小高大有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）n P-MOSFET是压控型开关器件n P-MOSFET的结构导致其带有寄生二极管n需要结合电路情况选用合适的P-MOSFET。
MOS 场效应管的工作原理及特点
MOS 场效应管的工作原理及特点场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。
有N沟道器件和P 沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（Metal Oxide SemIConductor FET）。
MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。
在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。
P型半导体称为衬底(substrat)，用符号B表示。
一、工作原理1．沟道形成原理当Vgs=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs(th)时（VGS(th) 称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。
mos管特征
mos管特征MOS管特征MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常见的场效应晶体管，具有许多独特的特征和性能。
本文将从不同的角度探讨MOS管的特征。
一、结构特征MOS管由金属电极、氧化物绝缘层和半导体材料构成。
金属电极用于控制电流的引入和输出，氧化物绝缘层用于隔离金属电极和半导体材料，保证MOS管的正常工作。
半导体材料作为电流的载体，起到传导电流的作用。
二、工作原理MOS管的工作原理基于场效应。
当金属电极施加正电压时，产生的电场会穿透氧化物绝缘层，影响到半导体材料中的电子。
这种电场作用下，半导体中的电子会形成一个导电通道，从而允许电流通过。
通过改变金属电极的电压，可以控制电子通道的导电能力，实现电流的开关控制。
三、特点与优势1. 低功耗：MOS管在导通状态下的功耗非常低，能够实现高效的电能利用。
2. 高电流驱动能力：MOS管具有较高的电流驱动能力，能够满足大功率电路的需求。
3. 快速开关速度：MOS管的开关速度非常快，能够实现高频率的开关操作。
4. 低电压控制：MOS管的控制电压较低，可以实现低电压控制电路的设计。
5. 抗干扰能力强：MOS管的结构特性使其具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。
四、应用领域MOS管广泛应用于各个领域，如通信、电力电子、计算机等。
具体应用包括：1. 电源开关：MOS管的快速开关特性使其成为电源开关的理想选择，能够实现高效率的电能转换。
2. 放大器：MOS管可以作为低功耗的放大器，用于信号放大和处理。
3. 逻辑门电路：MOS管的开关特性使其可用于逻辑门电路的设计，实现数字信号的处理。
4. 驱动器：MOS管的高电流驱动能力使其成为各种电机、灯光等设备的驱动器。
5. 电压转换器：MOS管可以用于设计高效的电压转换器，实现电能的转换和传输。
总结：MOS管作为一种重要的半导体器件，具有许多独特的特征和优势。
MOSFET_MOS管特性参数的理解
MOSFET_MOS管特性参数的理解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，具有较高的性能和功耗优势。
了解MOSFET的特性参数对于设计和应用电子电路至关重要。
下面将从基本结构、特性参数和其理解等方面进行详细阐述。
MOSFET 的基本结构如下：它由源极、漏极、栅极和底座四个引脚组成，其中源极(source)和漏极(drain)与半导体结成二极管，栅极(gate)则是介质氧化铝上的金属引脚。
其中金属层和介质氧化铝之间的结构形成了场效应管，因此被称为MOS管。
接下来是几个关键的特性参数：1. 阈值电压：阈值电压（Threshold Voltage，简称Vth）是MOSFET 的一个重要参数，它表示了在栅极和漏极之间形成导电路径的最低电压。
当栅极电压高于Vth 时，MOSFET 开始工作并形成导通通道。
2. 饱和电流：饱和电流（Saturation Current，简称Isat）是指在MOSFET 处于饱和工作区时的漏极电流，也称为最大漏极电流。
在饱和区，漏极电流与栅极电压成非线性关系。
3. 输出电导：输出电导（Output Conductance，简称gds）表示了MOSFET 在饱和状态时，输出电流变化对栅极漏极电压的敏感程度。
较高的输出电导意味着MOSFET 在饱和区的输出电流更敏感，从而使其在放大器等应用中更可靠。
4. 线性区增益：线性区增益（Linear Region Gain，简称gm）表示MOSFET 在线性工作区时，输入阻抗和输出阻抗间的关系。
该参数也可以用来衡量MOSFET 对输入信号的放大能力。
5. 输出电容：输出电容（Output Capacitance，简称Coss）表示栅极和漏极之间的电容。
这个电容会导致MOSFET 在高频应用中的频率响应减弱，影响其性能。
以上只是几个主要的特性参数，实际上MOSFET 还有很多其他的参数，如输入电容（Input Capacitance）、迁移率（Mobility）、开启延迟（Turn-on Delay）和反向转移电容（Reverse Transfer Capacitance）等。
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
功率场效应晶体管(MOSFET)的工作原理、特性及主要参数
功率场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性及主要参数功率场效应晶体管（Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）。
其特点是：属于电压型全控器件、栅极静态内阻极高（109Ω）、驱动功率很小、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等；但MOSFET的电流容量小、耐压低、功率不易做得过大，常用于中、小功率开关电路中。
MOSFET的结构和工作原理1.MOSFET的结构MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。
小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在芯片的同一侧。
而MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极与小功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。
MOSFET的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电沟道的称为增强型。
MOSFET的电气符号如图1所示，图1（a）表示N沟道MOSFET，电子流出源极；图1（b）表示P沟道MOSFET，空穴流出源极。
从结构上看，MOSFET还含有一个由S极下的P区和D极下的N区形成的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是MOSFET的S极和D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使MOSFET无反向阻断能力。
图1中所示的虚线部分为寄生二极管。
图1 MOSFET的电气符号2.MOSFET的工作原理（1）当栅源电压uGS=0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，不可能出现反型层，无法沟通漏源极。
此时，即使在漏源极之间施加电压，MOS管也不会导通。
MOSFET结构示意图如图2（a）所示。
图2 MOSFET结构示意图（2）当栅源电压uGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源极，此时MOS管仍保持关断状态，如图2（b）所示。
场效应晶体管
场效应晶体管一、场效应晶体管概述场效应晶体管(FET)简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、温度系数低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
场效应管工作时只有一种极性的载流子参与导电，所以场效应管又称为单极型晶体管。
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（IGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
二、场效应晶体管与半导体晶体管的异同1、外形相同场效应晶体管与半导体晶体管（双极晶体管）的封装外形基本相同，也有B型、F型、G型、TO-3型金属封装外形和S-1型、S-2型、S-4型、TO-92型、CPT型、TO-126型、TO-126FP 型、TO-202型、TO-220型、TO-247型、TO-3P型等塑料封装外形。
2、结构及工作原理不同场效应晶体管属于电压型控制器件，它是依靠控制电场效应来改变导电沟道多数载流子（空穴或电子）的漂移运动而工作的，即用微小的输入变化电压V G来控制较大的沟道输出电流I D，其放大特性（跨导）G M=I D/V G；半导体晶体管属于电流通渠道型控制器件，它是依靠注入到基极区的非平衡少数载流子（电子与空穴）的扩散运动而工作的，即用微小的输入变化电流I b控制较大的输出变化电流I c，其放大倍数β=I c/I b。
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET的四种类型
P沟增强型：栅压为零时，沟道不存在，加上一个 负的栅压才能形成P型沟道。
P沟耗尽型：栅压为零时，沟道已存在，加上一个 正的栅压可以使P型沟道消失。
N沟增强型：栅压为零时，沟道不存在，加上一个 正的栅压才能形成N型沟道。
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET相比双极型晶体管的缺点
工艺洁净要求较高； 场效应管的速度比双极型晶体管的速度来得低。
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
8.1 MOSFET的结构和分类
漏－源区，栅氧化层，金属栅电极等组成
Hale Waihona Puke 用N型半导体材料做衬底 用P型半导体材料做衬底
（3）功耗小：可用于制造高集成密度的半导体集成电路；
（4）温度稳定性好：因为它是多子器件，其电学参数不易 随温度而变化。
（5）抗辐射能力强：双极型晶体管受辐射后β下降，这是 由于非平衡少子寿命降低，而场效应晶体管的特性与载流子 寿命关系不大，因此抗辐射性能较好。
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半导体器件物理
N沟耗尽型：栅压为零时，沟道已存在，加上一个 负的栅压才能使N型沟道消失。
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET相比双极型晶体管的优点
（1）输入阻抗高：双极型晶体管输入阻抗约为几千欧，而 场效应晶体管的输入阻抗可以达到109～1015欧；
（2）噪声系数小：因为MOSFET是依靠多数载流子输运电 流的，所以不存在双极型晶体管中的散粒噪声和配分噪声；
第二类：结型场效应管（JFET），它就是用P-N结势垒 电场来控制导电能力的一种体内场效应晶体管；
第三类：薄膜场效应晶体管（TFT），它的结构与原理 和绝缘栅场效应晶体管相似，其差别是所用的材料及工 艺不同，TFT采用真空蒸发工艺先后将半导体-绝缘体金属蒸发在绝缘衬底上而构成。
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
练习
P127 17，18 P142 1，3，4
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET的特征
1．双边对称
在电学性质上源和漏是可以相互交换的。与双极型晶体 管相比，显然有很大不同，对于双极型晶体管，如果交换 发射极与集电极，晶体管的增益将明显下降。
由N型衬底制成的管子，其漏－源区是P型的， 称为P沟MOS场效应管； 由P型材料制成的管子，其漏－源区是N型的， 称为N沟MOS场效应管。
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
P沟MOS管的工作原理
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q半 S 导2q体F 器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
在工作时，源与漏之间接电源电压。通常源极接地，漏极接 负电源。在栅极和源之间加一个负电压，它将使MOS结构中半导 体表面形成负电的表面势，从而使由于硅－二氧化硅界面正电荷 引起的半导体能带下弯的程度减小。当栅极负电压加到一定大小 时，表面能带会变成向上弯曲，半导体表面耗尽并逐步变成反型。 当栅极电压达到VT时，半导体表面发生强反型，这时P型沟道就 形成了。空穴能在漏－源电压VDS的作用下，在沟道中输运。VT 称为场效应管的开启电压。显然，P沟MOS管的VT是负值。由前 面的讨论可知，形成沟道的条件为
半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
第8章
MOS场效应晶体管的基本特性
8.1 MOSFET的结构和分类 8.2 MOSFET的特性曲线 8.3 MOSFET的阈值电压 8.4 MOSFET的伏安特性 8.5 MOSFET的频率特性 8.6 MOSFET的开关特性 8.7 阈值电压的控制和调整 8.8 习题
场效应晶体管（FET）：利用改变垂直于导电沟 道的电场强度来控制沟道的导电能力而工作的。 在场效应晶体管中，工作电流是由半导体中的多 数载流子所输运的，因此也称为单极型晶体管。
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
场效应晶体管的分类
第一类：表面场效应管，通常采取绝缘栅的形式，称为 绝缘栅场效应管（IGFET）。若用二氧化硅作为半导体 衬底与金属栅之间的绝缘层，即构成“金属－氧化物－ 半导体”（MOS）场效应晶体管，它是绝缘栅场效应 管中最重要的一种；
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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟MOS管， （N沟MOS管制作在P阱内），这就构成CMOS 。
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q S 2q F
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
表面强反型即沟道形成时，在表面处空穴
的浓度与体内电子的浓度相等。开启电压是表 征MOS场效应管性能的一个重要参数，以后内 容中还将做详细介绍。
另外，还可以指出，当栅极电压变化时，
沟道的导电能力会发生变化，从而引起通过漏 和源之间电流的变化，在负载电阻RL上产生电 压变化，这样就可以实现电压放大作用。
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
● —— 本章重点
MOSFET的结构、种类和特点 MOSFET的直流特性和阈值电压调整 MOSFET的交流响应
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
双极型晶体管和场效应晶体管的区别
双极型晶体管：由一个P-N结注入非平衡少数载流 子，并由另一个P-N结收集而工作的。在这类晶体 管中，参加导电的不仅有少数载流子，也有多数载 流子，故称为双极型晶体管。