MOS場效應管的工作原理與基本結構

用平面工藝制作的MOS場效應管，其典型結構圖如圖1.1-2所示，其中襯底材料為p型半導體，兩個n⁺區由擴散工藝形成，分別稱為源區和漏區。柵氧化層上面是金屬電極，稱為柵極.柵氧化層下面及源、漏之間的區城通常稱為溝道區。源及漏區分別由金屬歐姆接觸形成S板、D極。MOS場效應管工作原理。襯底引出的電極稱為B，通常B與源是短接并且接地，但有時也將源n⁺與襯底B之間加上反偏電壓，此時其特性與S、B短接時不同，具體的影響將在下面各節討論。

圖1.1-2所示的管子稱為n溝道（簡稱n溝）增強型MOS場效應管，其剖面圖如圖1.1-3所示。它的特點是柵極不加電壓時，柵氧化層下面不存在n型導電溝道，只有當柵極上加以正電壓（VT稱閾值電壓，具體將在下面討論）時，才在源漏之間的P型材料表面形成一個導電的n溝道，使導電類型相同的源、漏區連接起來。

現在定性討論n溝道增強型MOS管（在源與襯底短接并接地時）的工作原理。當柵極接零電位時，源區到漏區是一個n⁺-p-n⁺的結構，這時如果在漏極加一個正電壓，漏區與襯底間的Pn結處于反偏狀態，故源和漏之間無電流通過（只有很小的反向電流流過）。MOS場效應管工作原理。如果在柵極上加一個正電位VGS，將有一部分電壓降在SiO2層上，另一部分電壓降在P型半導體表面。形成指向半導體內部的表面勢，從而使P型半導體表面耗盡，甚至反型。當時，P型半導體表面呈強反型，形成n溝道，將n+的源、漏區連接起來。這時若漏極加上正電壓便在源、漏之間有電流IDS流過，IDS隨VGS而變，也就是隨半導體表面的電場而變，這就是所謂表面場效應，場效應管的名稱即由此而來。圖1.1-2中的W為溝道寬度，L為溝道長度，為氧化層厚度。從下面討論可知，這些參數將直接影響MOS場效應管的電性能。

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