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详解,N沟道MOS管和P沟道MOS管

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标签: N沟道MOS管P沟道MOS管

 详解,N沟道MOS管和P沟道MOS管

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详解,N沟道MOS管和P沟道MOS管 20150630 电子工程专辑 先讲讲MOSCMOS集成电路 MOS集成电路特点: 制造工艺比较简单成品率较高功耗低组成的逻辑电路比较简单,集成度高抗干扰能 力强,特别适合于大规模集成电路 MOS集成电路包括 NMOS管组成的NMOS电路PMOS管组成的PMOS电路及由NMOS和PMOS两种管子组 成的互补MOS电路,即CMOS电路 PMOS门电路与NMOS电路的原理完全相同,只是电源极性相反而已 数字电路中MOS集成电路所使用的MOS管均为增强型管子,负载常用MOS管作为有源负 载,这样不仅节省了硅片面积,而且简化了工艺利于大规模集成常用的符号如 图1所示 N沟MOS晶体管 金属氧化物半导体MetalOxideSemIConductor结构的晶体管简称MOS晶体管,有P 型MOS管和N型MOS管之分MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路,而PMOS管和 NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS集成电路 由p型衬底和两个高浓度n扩散区构成的MOS管叫作n沟道MOS管,该管导通时在两个高浓 度n扩散区间形成n型导电沟道n沟道增强型MO......

详解,N沟道MOS管和P沟道MOS管 2015-06-30 电子工程专辑 先讲讲MOS/CMOS集成电路 MOS集成电路特点: 制造工艺比较简单、成品率较高、功耗低、组成的逻辑电路比较简单,集成度高、抗干扰能 力强,特别适合于大规模集成电路。 MOS集成电路包括: NMOS管组成的NMOS电路、PMOS管组成的PMOS电路及由NMOS和PMOS两种管子组 成的互补MOS电路,即CMOS电路。 PMOS门电路与NMOS电路的原理完全相同,只是电源极性相反而已。 数字电路中MOS集成电路所使用的MOS管均为增强型管子,负载常用MOS管作为有源负 载,这样不仅节省了硅片面积,而且简化了工艺利于大规模集成。常用的符号如 图1所示。 N沟MOS晶体管 金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-SemIConductor)结构的晶体管简称MOS晶体管,有P 型MOS管和N型MOS管之分。MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路,而PMOS管和 NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS集成电路。 由p型衬底和两个高浓度n扩散区构成的MOS管叫作n沟道MOS管,该管导通时在两个高浓 度n扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压,且只有 栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不 加栅压(栅源电压为零)时,就有导电沟道产生的n沟道MOS管。 NMOS集成电路是N沟道MOS电路,NMOS集成电路的输入阻抗很高,基本上不需要吸收 电流,因此,CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。NMOS集成电路 大多采用单组正电源供电,并且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路相 同的电源,就可与NMOS集成电路直接连接。不过,从NMOS到CMOS直接连接时,由于 NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平,因而需要使用一个(电位)上拉 电阻R,R的取值一般选用2~100KΩ。 N沟道增强型MOS管的结构 在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上,制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电 极,分别作漏极d和源极s。 然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,在漏——源极间的绝缘层上再装 上一个铝电极,作为栅极g。 在衬底上也引出一个电极B,这就构成了一个N沟道增强型MOS管。MOS管的源极和衬底通 常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。 它的栅极与其它电极间是绝缘的。 图(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向 N(沟道)。P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反,如图(c)所示。 N沟道增强型MOS管的工作原理 (1)vGS对iD及沟道的控制作用 ① vGS=0 的情况 从图1(a)可以看出,增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源 电压vGS=0时,即使加上漏——源电压vDS,而且不论vDS的极性如何,总有一个PN结处 于反偏状态,漏——源极间没有导电沟道,所以这时漏极电流iD≈0。 ② vGS>0 的情况 若vGS>0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表 面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。 排斥空穴:使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的受主离子(负离子),形 成耗尽层。吸引电子:将 P型衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。 (2)导电沟道的形成: 当vGS数值较小,吸引电子的能力不强时,漏——源极之间仍无导电沟道出现,如图1(b)所 示。vGS增加时,吸引到P衬底表面层的电子就增多,当vGS达到某一数值时,这些电子在 栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层,且与两个N+区相连通,在漏——源极间形成N 型导电沟道,其导电类型与P衬底相反,故又称为反型层,如图1(c)所示。vGS越大,作用于 半导体表面的电场就越强,吸引到P衬底表面的电子就越多,导电沟道越厚,沟道电阻越 小。 开始形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压,用VT表示。 上面讨论的N沟道MOS管在vGS<VT时,不能形成导电沟道,管子处于截止状态。只有当 vGS≥VT时,才有沟道形成。这种必须在vGS≥VT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型 MOS管。沟道形成以后,在漏——源极间加上正向电压vDS,就有漏极电流产生。 vDS对iD的影响 如图(a)所示,当vGS>VT且为一确定值时,漏——源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与 结型场效应管相似。 漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等,靠近源极一端的电 压最大,这里沟道最厚,而漏极一端电压最小,其值为VGD=vGS-vDS,因而这里沟道最 薄。但当vDS较小(vDS0,VP
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