什么是耗尽型MOS晶体管

什么是耗尽型MOS晶体管

据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。耗尽型是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。

耗尽型MOS场效应管，是在制造过程中，预先在S_iO₂绝缘层中掺入大量的正离子，因此，在U_GS=0时，这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的电子，形成N型导电沟道。

当U_DS>0时，将产生较大的漏极电流ID。如果使U_GS<0，则它将削弱正离子所形成的电场，使N沟道变窄，从而使I_D减小。当U_GS更负，达到某一数值时沟道消失，I_D=0。使I_D=0的U_GS我们也称为夹断电压，仍用U_P表示。U_GSP沟道消失，称为耗尽型。

N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构类似，只有一点不同，就是N沟道耗尽型MOSFET在栅极电压u_GS=0时，沟道已经存在。该N沟道是在制造过程中应用离子注入法预先在衬底的表面，在D、S之间制造的，称之为初始沟道。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图1.（a）所示，它是在栅极下方的SiO₂绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当V_GS＝0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当V_GS＞0时，将使ID进一步增加。V_GS＜0时，随着V_GS的减小漏极电流逐渐减小，直至I_D＝0。对应I_D＝0的VGS称为夹断电压，用符号V_GS(off)表示，有时也用V_P表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图1.（b）所示。

(a) 结构示意图 　　　　　　(b) 转移特性曲线

图1. N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线

由于耗尽型MOSFET在u_GS=0时，漏源之间的沟道已经存在，所以只要加上u_DS,就有i_D流通。如果增加正向栅压u_GS，栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子，沟道变厚，沟道的电导增大。

如果在栅极加负电压（即u_GS＜0＝，就会在相对应的衬底表面感应出正电荷，这些正电荷抵消N沟道中的电子，从而在衬底表面产生一个耗尽层，使沟道变窄，沟道电导减小。当负栅压增大到某一电压U_p时，耗尽区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断（耗尽），这时即使u_DS仍存在，也不会产生漏极电流，即i_D=0。UP称为夹断电压或阈值电压，其值通常在–1V–10V之间N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2—60（a）、（b）所示。

在可变电阻区内，i_D与u_DS、u_GS的关系仍为

在恒流区，i_D与u_GS的关系仍满足式（2—81），即

若考虑u_DS的影响，i_D可近似为

对耗尽型场效应管来说，式（2—84）也可表示为

式中，I_DSS称为u_GS=0时的饱和漏电流，其值为

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。