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半导体器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET的四种类型
P沟增强型：栅压为零时，沟道不存在，加上一个 负的栅压才能形成P型沟道。
P沟耗尽型：栅压为零时，沟道已存在，加上一个 正的栅压可以使P型沟道消失。
N沟增强型：栅压为零时，沟道不存在，加上一个 正的栅压才能形成N型沟道。
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET相比双极型晶体管的缺点
工艺洁净要求较高； 场效应管的速度比双极型晶体管的速度来得低。
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
8.1 MOSFET的结构和分类
漏－源区，栅氧化层，金属栅电极等组成
Hale Waihona Puke 用N型半导体材料做衬底 用P型半导体材料做衬底
（3）功耗小：可用于制造高集成密度的半导体集成电路；
（4）温度稳定性好：因为它是多子器件，其电学参数不易 随温度而变化。
（5）抗辐射能力强：双极型晶体管受辐射后β下降，这是 由于非平衡少子寿命降低，而场效应晶体管的特性与载流子 寿命关系不大，因此抗辐射性能较好。
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N沟耗尽型：栅压为零时，沟道已存在，加上一个 负的栅压才能使N型沟道消失。
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET相比双极型晶体管的优点
（1）输入阻抗高：双极型晶体管输入阻抗约为几千欧，而 场效应晶体管的输入阻抗可以达到109～1015欧；
（2）噪声系数小：因为MOSFET是依靠多数载流子输运电 流的，所以不存在双极型晶体管中的散粒噪声和配分噪声；
第二类：结型场效应管（JFET），它就是用P-N结势垒 电场来控制导电能力的一种体内场效应晶体管；
第三类：薄膜场效应晶体管（TFT），它的结构与原理 和绝缘栅场效应晶体管相似，其差别是所用的材料及工 艺不同，TFT采用真空蒸发工艺先后将半导体-绝缘体金属蒸发在绝缘衬底上而构成。
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练习
P127 17，18 P142 1，3，4
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
MOSFET的特征
1．双边对称
在电学性质上源和漏是可以相互交换的。与双极型晶体 管相比，显然有很大不同，对于双极型晶体管，如果交换 发射极与集电极，晶体管的增益将明显下降。
由N型衬底制成的管子，其漏－源区是P型的， 称为P沟MOS场效应管； 由P型材料制成的管子，其漏－源区是N型的， 称为N沟MOS场效应管。
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P沟MOS管的工作原理
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q半 S 导2q体F 器件物理
第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
在工作时，源与漏之间接电源电压。通常源极接地，漏极接 负电源。在栅极和源之间加一个负电压，它将使MOS结构中半导 体表面形成负电的表面势，从而使由于硅－二氧化硅界面正电荷 引起的半导体能带下弯的程度减小。当栅极负电压加到一定大小 时，表面能带会变成向上弯曲，半导体表面耗尽并逐步变成反型。 当栅极电压达到VT时，半导体表面发生强反型，这时P型沟道就 形成了。空穴能在漏－源电压VDS的作用下，在沟道中输运。VT 称为场效应管的开启电压。显然，P沟MOS管的VT是负值。由前 面的讨论可知，形成沟道的条件为
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第8章
MOS场效应晶体管的基本特性
8.1 MOSFET的结构和分类 8.2 MOSFET的特性曲线 8.3 MOSFET的阈值电压 8.4 MOSFET的伏安特性 8.5 MOSFET的频率特性 8.6 MOSFET的开关特性 8.7 阈值电压的控制和调整 8.8 习题
场效应晶体管（FET）：利用改变垂直于导电沟 道的电场强度来控制沟道的导电能力而工作的。 在场效应晶体管中，工作电流是由半导体中的多 数载流子所输运的，因此也称为单极型晶体管。
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
场效应晶体管的分类
第一类：表面场效应管，通常采取绝缘栅的形式，称为 绝缘栅场效应管（IGFET）。若用二氧化硅作为半导体 衬底与金属栅之间的绝缘层，即构成“金属－氧化物－ 半导体”（MOS）场效应晶体管，它是绝缘栅场效应 管中最重要的一种；
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟MOS管， （N沟MOS管制作在P阱内），这就构成CMOS 。
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q S 2q F
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第八章 MOS场效应晶体管的基本特性
表面强反型即沟道形成时，在表面处空穴
的浓度与体内电子的浓度相等。开启电压是表 征MOS场效应管性能的一个重要参数，以后内 容中还将做详细介绍。
另外，还可以指出，当栅极电压变化时，
沟道的导电能力会发生变化，从而引起通过漏 和源之间电流的变化，在负载电阻RL上产生电 压变化，这样就可以实现电压放大作用。
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● —— 本章重点
MOSFET的结构、种类和特点 MOSFET的直流特性和阈值电压调整 MOSFET的交流响应
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双极型晶体管和场效应晶体管的区别
双极型晶体管：由一个P-N结注入非平衡少数载流 子，并由另一个P-N结收集而工作的。在这类晶体 管中，参加导电的不仅有少数载流子，也有多数载 流子，故称为双极型晶体管。