HQ1F2QN溝道耗盡型MOSFET，結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述．前面討論N溝道MOSFET時(shí),都是以增強(qiáng)型為例,N溝道耗盡型MOsFET(D型NMOS管)的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型基本相同。由前面討論知道,對(duì)于N溝道增強(qiáng)型FET,必須在TGs)h的情況下從源極到漏極才有導(dǎo)電溝道,但N溝道耗盡型MOSFET則不同。這種管子在制

二氧化硅絕緣層中的正離子,即使在rcs=o時(shí),由于正離子的作用也和增強(qiáng)型接入正柵源電壓并使%s)%時(shí)相似,應(yīng)出多的負(fù)電(電能在源區(qū)(N+層)和漏區(qū)(N+層)的中間P型襯底上感子),形成N型溝道,將源區(qū)和漏區(qū)連通起來,如圖5,1.5a所示,圖b是其電路符號(hào)(注意與增強(qiáng)型符號(hào)的差別)。因此在柵源電壓為零時(shí),在正的tD、作用下,也有較大的漏極電流fD由漏極流向源極。

摻雜后具有正，離子的絕緣層N溝道耗盡型MOSFET(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)電路符號(hào)．

當(dāng)J cs>0時(shí),由于絕緣層的存在,并不會(huì)產(chǎn)生柵極電流fc,而是在溝道中感應(yīng)出更多的負(fù)電荷,使溝道變寬。在rDs作用下,JD將具有更大的數(shù)值。

如果所加的柵源電壓tGs為負(fù),則使溝道中感應(yīng)的負(fù)電荷(電子)減少,溝道變窄,從而使漏極電流減小。當(dāng)%s為負(fù)電壓到達(dá)某值時(shí),以至感應(yīng)的負(fù)電荷(電子)消失,耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)溝道,溝道完全被夾斷。這時(shí)即使有漏源電壓t,l)s,也不會(huì)有漏極電流JD。此時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓(截止電壓)yP①。

y-l特性曲線及大信號(hào)特性方程,N溝道耗盡型MOs管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線如圖5.1.6(a)、(b)所示。

N溝道耗盡型MOs管特性曲線(a)輸出特性曲線 (b)oDs>(rcs-VP)時(shí)的轉(zhuǎn)移特性

耗盡型MOS管的工作區(qū)域同樣可以分為截止區(qū)、可變電阻區(qū)和飽和區(qū)。

所不同的是N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓yP為負(fù)值,而N溝道增強(qiáng)型MOS管的開啟電壓%為正值。

耗盡型MOSFET的電流方程可以用增強(qiáng)型MOSFET的電流方程(5.1.2)、(5.1.4)和(5,1,6)表示,但這時(shí)必須用vdd取代vcd。

在飽和區(qū)內(nèi),當(dāng)⒓,cs=0,t,Ds≥(%s-%)時(shí)(即進(jìn)人預(yù)夾斷后),則由式(5.1.6)可得

JD≈Knth=JDss         (5,1,7)

式中JDss為零柵壓的漏極電流,稱為飽和漏極電流。rDss下標(biāo)中的第二個(gè)S表示柵源極間短路的意思。因此式(5,1,6)可改寫成P溝道MOSFET與N型MOs管相似,P型MOS管也有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。它們的電路符號(hào)如圖5.1.7a、b所示,除了代表襯底的B的箭頭方向向外,其他部分均與NMOs相同,此處不再贅述。但為了能正常工作,PMOS管外加的oDs必須是負(fù)值,開啟電壓yr也是負(fù)值。而實(shí)際的電流方向?yàn)榱鞒雎O,與通常的假定正好相反。

JD=-KP[2(vs-yT)vDs-vs]      (5.1.11)

在飽和區(qū)內(nèi):vcs≤vcd,vDs≤v Gs-yT,電流jD為jD=-KP(%s-7T)2=-rDof~1)(5.1.12)

式中JDo=KPTi,KP是P溝道器件的電導(dǎo)參數(shù),可表示為W、L、C。x分別是溝道寬度、溝道長(zhǎng)度、柵極氧化物單位面積上電容up是空穴反型層中空穴的遷移率。在通常情況下,空穴反型層中空穴的遷移率比電子反型層中電子遷移率要小,up約為un/2。

溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng),在理想情況下,當(dāng)MOSFET工作于飽和區(qū)時(shí),漏極電流JD與漏源電壓v Ds無關(guān)。而實(shí)際MOs管在飽和區(qū)的輸出特性曲線還應(yīng)考慮%s對(duì)溝道長(zhǎng)度L的調(diào)制作用,當(dāng)ucs固定,PDs增加時(shí),JD會(huì)有所增加。也就是說,輸出特性的每根曲線會(huì)向上傾斜,因此,常用溝道長(zhǎng)度調(diào)制參數(shù)入對(duì)描述輸出特性的公式進(jìn)行修正。以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例,考慮到溝道調(diào)制效應(yīng)后,式(5.1,6)應(yīng)修正為0.207.

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