HQ1F2QN沟道耗尽型MOSFET，结构和工作原理简述．前面讨论N沟道MOSFET时,都是以增强型为例,N沟道耗尽型MOsFET(D型NMOS管)的结构与增强型基本相同。由前面讨论知道,对于N沟道增强型FET,必须在TGs)h的情况下从源极到漏极才有导电沟道,但N沟道耗尽型MOSFET则不同。这种管子在制

二氧化硅绝缘层中的正离子,即使在rcs=o时,由于正离子的作用也和增强型接入正栅源电压并使%s)%时相似,应出多的负电(电能在源区(N+层)和漏区(N+层)的中间P型衬底上感子),形成N型沟道,将源区和漏区连通起来,如图5,1.5a所示,图b是其电路符号(注意与增强型符号的差别)。因此在栅源电压为零时,在正的tD、作用下,也有较大的漏极电流fD由漏极流向源极。

掺杂后具有正，离子的绝缘层N沟道耗尽型MOSFET(a)结构图 (b)电路符号．

当J cs>0时,由于绝缘层的存在,并不会产生栅极电流fc,而是在沟道中感应出更多的负电荷,使沟道变宽。在rDs作用下,JD将具有更大的数值。

如果所加的栅源电压tGs为负,则使沟道中感应的负电荷(电子)减少,沟道变窄,从而使漏极电流减小。当%s为负电压到达某值时,以至感应的负电荷(电子)消失,耗尽区扩展到整个沟道,沟道完全被夹断。这时即使有漏源电压t,l)s,也不会有漏极电流JD。此时的栅源电压称为夹断电压(截止电压)yP①。

y-l特性曲线及大信号特性方程,N沟道耗尽型MOs管的输出特性和转移特性曲线如图5.1.6(a)、(b)所示。

N沟道耗尽型MOs管特性曲线(a)输出特性曲线 (b)oDs>(rcs-VP)时的转移特性

耗尽型MOS管的工作区域同样可以分为截止区、可变电阻区和饱和区。

所不同的是N沟道耗尽型MOS管的夹断电压yP为负值,而N沟道增强型MOS管的开启电压%为正值。

耗尽型MOSFET的电流方程可以用增强型MOSFET的电流方程(5.1.2)、(5.1.4)和(5,1,6)表示,但这时必须用vdd取代vcd。

在饱和区内,当⒓,cs=0,t,Ds≥(%s-%)时(即进人预夹断后),则由式(5.1.6)可得

JD≈Knth=JDss         (5,1,7)

式中JDss为零栅压的漏极电流,称为饱和漏极电流。rDss下标中的第二个S表示栅源极间短路的意思。因此式(5,1,6)可改写成P沟道MOSFET与N型MOs管相似,P型MOS管也有增强型和耗尽型两种。它们的电路符号如图5.1.7a、b所示,除了代表衬底的B的箭头方向向外,其他部分均与NMOs相同,此处不再赘述。但为了能正常工作,PMOS管外加的oDs必须是负值,开启电压yr也是负值。而实际的电流方向为流出漏极,与通常的假定正好相反。

JD=-KP[2(vs-yT)vDs-vs]      (5.1.11)

在饱和区内:vcs≤vcd,vDs≤v Gs-yT,电流jD为jD=-KP(%s-7T)2=-rDof~1)(5.1.12)

式中JDo=KPTi,KP是P沟道器件的电导参数,可表示为W、L、C。x分别是沟道宽度、沟道长度、栅极氧化物单位面积上电容up是空穴反型层中空穴的迁移率。在通常情况下,空穴反型层中空穴的迁移率比电子反型层中电子迁移率要小,up约为un/2。

沟道长度调制效应,在理想情况下,当MOSFET工作于饱和区时,漏极电流JD与漏源电压v Ds无关。而实际MOs管在饱和区的输出特性曲线还应考虑%s对沟道长度L的调制作用,当ucs固定,PDs增加时,JD会有所增加。也就是说,输出特性的每根曲线会向上倾斜,因此,常用沟道长度调制参数入对描述输出特性的公式进行修正。以N沟道增强型MOS管为例,考虑到沟道调制效应后,式(5.1,6)应修正为0.207.

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