场效应晶体管全面解析

1、第三章 金属氧化物半导体场效应晶体管,Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor MOSFET,电子科学与技术系 张瑞智,本章内容,1、MOSFET的物理结构、工作原理和类型 2、MOSFET的阈值电压 3、MOSFET的直流特性 4、MOSFET的动态特性 5、小尺寸效应,1、MOSFET的物理结构,MOSFET由一个MOS电容和靠近MOS栅控区域的两个PN结组成。,NMOSFET的三维结构图,栅 氧化层 硅衬底,源区沟道区漏区,body,金属 Al（Al 栅） 重掺杂的多晶硅（硅栅， Polycide（多晶硅/难融金属硅化物）,MOSFET的三维结构简化图,剖面图,结构参数：沟道长度 L、沟道宽度。

2、第3章 场效应晶体管放大电路,成都理工大学工程技术学院 自动化工程系 雷永锋 2013,第3章 场效应管放大电路,Sect,3.1、结型场效应管,3.2、绝缘栅场效应管MOS,3.3 场效应管的主要参数,3.4 场效应管放大电路,场效应管FET与三极管BJT的区别,Sect,1. BJT: 是 电流控制元件； FET: 是电压控制元件。 2. BJT 参与导电的是电子空穴，因此称其为双极型器件；FET 是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，称为单级型器件。 3. BJT 输入电阻较低，一般102104；FET 输入电阻高，可达1091014,场效应管的分类,结型场效应管JFET,MOS型场效应管MOSFET,。

3、金属氧化物半导体场效应晶体管,Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor MOSFET,姓名：黄钰凯 导师：凌智勇,半导体,定义：半导体( semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。,半导体按化学成分分类,锗和硅是最常用的元素半导体； 化合物半导体包括第和第族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第和第族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由-族化合物和-族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。,半导体按结构分类,P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电，。

4、实验14 MOS场效应晶体管Kp、F的测试,实验目的和意义, MOS场效应晶体管是一类应用广泛的半导体器件具有积体小，输入阻抗高，输入动态范围大，抗辐射能力强，低频噪声系 数小，热稳定性好等优点。制造工艺简单，集成度高，功耗小通过了解电容-电压法测量半导体中杂质分布基本原理；学习函数记录仪、 C-V测试仪的使用方法；学会制作肖特基结并用C-V法测量半导体中杂质分布。了解MOSFET的Kp、F的测试原理；掌握测定方法，观察Kp、F 随工作电 流、工作电压的变化关系。,功率增益测试原理, MOSFET Kp的测试功率增益是MOSFET的重要参数，是指放大。

5、,半导体器件原理,南京大学,Chapter 8. FET的补充分析：CMOS 器件设计与性能参数一、 CMOS 器件设计1.1 MOSFET的等比例缩小（8.9）1.2 阈值电压（8.2，S3.3, S3.5, S3.6）1.3 有效沟道长度,半导体器件原理,南京大学,一、 CMOS 器件设计1.1 MOSFET的等比例缩小 （8.9） 光刻技术：短沟道导致密度速度和功率的改进 离子注入：浅或陡峭的掺杂界面或低掺杂浓度的实现,半导体器件原理,南京大学,（1）恒定场的等比例缩小当减小横向尺寸时，等比例缩小器件的径向尺寸，并等比例减小外加电压，增加衬底的掺杂浓度，以使短沟道效应得到控制。,恒场等。

6、The Characteristic research of AlGaN/GaN Heterostructure Field Effect Transistors,专业：光学工程 蒋亚兰 6121203004,GaN材料的性质,宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好高的击穿电场、高的电子饱和迁移率,三角形量子阱 增强了对 2DEG的限制效应，增 加最大 2DEG 浓度,高2DEG 浓度可改善 电学性质，包括提高2DEG 迁移率和有效 降低异质结构方块 电阻。,Typical AIGaN/GaN heterostructures,AIGaN/GaN HFET的工作机理,AIGaN/GaN异质结构中ZDEG沟道的形成,Various space charge components in an AIGaN/GaN heterostru。

7、微电子器件原理,第七章 MOS场效应晶体管,2,第七章 MOS场效应晶体管,7.1 基本工作原理和分类 7.2 阈值电压 7.3 I-V特性和直流特性曲线 7.4 击穿特性 7.5 频率特性 7.6 功率特性和功率MOSFET结构 7.7 开关特性 7.8 温度特性 7.9 短沟道和窄沟道效应,3,7.1 MOSFET基本工作原理和分类,一、MOSFET的基本结构,二、MOSFET的基本工作原理,三、MOSFET的分类,4,7.1 MOSFET基本工作原理和分类,一、MOSFET的基本结构,N沟道增强型MOSFET结构示意图,5,7.1 MOSFET基本工作原理和分类,一、MOSFET的基本结构,6,7,7.1 MOSFET基本工作原理和分类,一、MOSFET的。

8、(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transnsator),2.6 MOS场效应晶体管,在微处理器和存储器方面，MOS集成电路几乎占据了绝对位置。,促进MOS晶体管发展的4大技术,半导体表面的稳定化技术 各种栅绝缘膜的实用化技术 自对准结构的MOS工艺 阈值电压的控制技术,2.6.1 MOSFET结构,MOSFET: MOS field-effect transistor 也叫：绝缘栅场效应晶体管（Insulated Gate, IGFET） 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET) 电压控制电流场效应晶体管 分为N沟道和P沟道，每一类又分为增强型和耗尽型。,1 MOSFET结构示意图,MOS器件的表征：,沟道长度。

9、第3章 场效应晶体管和基本放大电路,3.1 场效应晶体管,3.2 场效应管放大电路,第3章 场效应晶体管和基本放大电路,作业 思考：3-1 习题：3-3、3-4、3-7、3-11,本章的重点与难点,重点: 理解场效应管的工作原理； 掌握场效应管的外特性及主要参数； 掌握场效应管放大电路静态工作点与动态参数（Au、Ri、Ro）的分析方法。 难点: 通过外部电压对导电沟道的控制作用说明结型场效应管及。

10、MOS场效应晶体管,MOS Field Effect Transistor,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,4.1 MOS管的结构、工作原理和输出特性 4.1.1 MOS场效应晶体管的结构 4.1.2 基本工作原理和输出特性 4.1.3 MOS场效应晶体管的分类 4.2 MOS场效应晶体管的阈值电压 4.2.1 MOS管阈值电压的定义 4.2.2 MOS管阈值电压的表示式 4.2.3 非理想条件下的阈值电压 4.2.4 影响阈值电压的其他因素 4.2.5 阈值电压的调整技术 4.3 MOS管的直流电流-电压特性 4.3.1 MOS管线性区的电流-电压特性 4.3.2 MOS管饱和区的电流-电压特性 4.3.3 亚阈值区的电流-电。

11、MOS场效应 晶体管 MOS Field Effect Transistor Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor4.1 MOS管的结构、工作原理和输出特性4.1.1 MOS场效应晶体管的结构4.1.2 基本工作原理和输出特性4.1.3 MOS场效应晶体管的分类4.2 MOS场效应晶体管的阈值电压4.2.1 MOS管阈值电压的定义4.2.2 MOS管阈值电压的表示式4.2.3 非理想条件下的阈值电压4.2.4 影响阈值电压的其他因素4.2.5 阈值电压的调整技术4.3 MOS管的直流电流 -电压特性4.3.1 MOS管线性区的电流 -电压特性4.3.2 MOS管饱和区的电流 -电压特性4.3.3 亚阈值区的电流 -电压特性4.3。

12、第七 章 结型场效应晶体管,讨论主题：,1.场效应晶体管介绍 2.JFET工作原理 3.JFET的直流特性 4.绝缘栅场效应晶体管,1.场效应晶体管介绍,什么是场效应管?场效应晶体管【Field Effect Transistor缩写(FET)】简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.,D,S,电流,电场,1965年，按照摩尔老先生在文章中提出，芯片上集成的晶体管数量大约每18个月就将翻一番。,1971年，Intel发布了第一个微处理器4004。4004采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管，时钟频率为108KHz。,1974年，主频为2MHz的8位微处。

13、第4章 MOS场效应晶体管,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qms为零,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。

14、2.2 场效应管,2.2.1 结型场效应管,2.2.2 绝缘栅场效应管,2.2.3 场效应管的主要参数和特点,2.2 场效应管,场效应管：是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。,特点：管子内部只有一种载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。,特点：由两个PN结和一个导电沟道所组成。三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。漏极和源极具有互换性。,2.2.1 结型场效应管,一、结构和符号,N沟道结型场效应管的结构、符号如图2.2.1所示；P沟道结型场效应管如图2.2.2所示。,工作条件：两个PN结加反向电压。,图2.2.1 .N沟道结型场效应管,图2.2.2 。

15、1.4场效应晶体管,Field-Effect Transistors (FETs),内容提要,1.4.1结型场效应管,原理、输出特性与转移特性 1.4.2绝缘栅型场效应管,原理、输出特性与转移特性 1.4.3场效应管的主要参数 1.4.5场效应管与晶体管的比较,1.4.1结型场效应管的结构和符号,图1.4.2 N沟道结型场效应管的结构示意图,图1.4.3 uDS 0时uGS对导电沟道的控制作用,沟道变窄,沟道消失,图1.4.4 UGS(off)0的情况,预夹断,恒流,DS间为电阻特性,图1.4.5 场效应管的输出特性,1 2 3,图1.4.6 场效应管的转移特性曲线,图1.4.7 N沟道增强型MOS管结构示意图 及增强型MOS的符号,图1.4.8 。

16、1-1,第三章 电力场效应晶体管,分为结型和绝缘栅型 通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET） 简称电力MOSFET（Power MOSFET） 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction TransistorSIT）,特点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。 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 。,电力场效应晶体管,1-2,第三章 电力场效应晶体管,电力MOSFET的种类按导电沟道可分为P沟道和N沟道。耗尽型当栅极电压为零时漏。

17、2.3 MOS场效应晶体管,场效应管,结型场效应三极管JFET,绝缘栅型场效应三极管IGFET,Junction type Field Effect Transistor,Insulated Gate Field Effect Transistor,分类,N沟道,P沟道,金属氧化物半导体三极管,MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,MOS管结构,动画23,以 N 沟道增强型MOS管 为 例,G栅极（基极） S源极（发射极） D漏极（集电极） B衬底,N沟道增强型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。

18、场效应晶体管,场效应管的特点,结型场效应管,绝缘栅场效应管,第四节,一,二,三,第四章,第四节 场效应晶体管,分类,绝缘栅场效应管,结型场效应管,第四节,场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 （Field Effect Transistor）。,一、绝缘栅场效应管,绝缘栅场效应管是一种金属氧化物半导体场效应管，简称MOS管。,MOS管按工作方式分类,增强型MOS管,耗尽型MOS管,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,第四节,（一）N沟道增强型MOS管的结构和工作原理,N,N,b-衬底引线,s,g,d,P衬底,b,SiO2绝缘层,g-栅极,S-源极,d-漏极,N型区,g,g,s,s,d,d,b,b,箭头方向是区别N沟道。

19、线性电子电路,第三章 场效应管,主要内容,3.0 概述,3.1 场效应管的工作原理,3.2 场效应管特性曲线,3.3 场效应管的使用注意事项,3.4 场效应管的等效电路,3.5 场效应管电路的分析方法,第三章 场效应管,3.0 概 述,场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器。