MOS场效应管的工作原理与基本结构

用平面工艺制作的MOS场效应管，其典型结构图如图1.1-2所示，其中衬底材料为p型半导体，两个n⁺区由扩散工艺形成，分别称为源区和漏区。栅氧化层上面是金属电极，称为栅极.栅氧化层下面及源、漏之间的区城通常称为沟道区。源及漏区分别由金属欧姆接触形成S板、D极。MOS场效应管工作原理。衬底引出的电极称为B，通常B与源是短接并且接地，但有时也将源n⁺与衬底B之间加上反偏电压，此时其特性与S、B短接时不同，具体的影响将在下面各节讨论。

图1.1-2所示的管子称为n沟道（简称n沟）增强型MOS场效应管，其剖面图如图1.1-3所示。它的特点是栅极不加电压时，栅氧化层下面不存在n型导电沟道，只有当栅极上加以正电压（VT称阈值电压，具体将在下面讨论）时，才在源漏之间的P型材料表面形成一个导电的n沟道，使导电类型相同的源、漏区连接起来。

现在定性讨论n沟道增强型MOS管（在源与衬底短接并接地时）的工作原理。当栅极接零电位时，源区到漏区是一个n⁺-p-n⁺的结构，这时如果在漏极加一个正电压，漏区与衬底间的Pn结处于反偏状态，故源和漏之间无电流通过（只有很小的反向电流流过）。MOS场效应管工作原理。如果在栅极上加一个正电位VGS，将有一部分电压降在SiO2层上，另一部分电压降在P型半导体表面。形成指向半导体内部的表面势，从而使P型半导体表面耗尽，甚至反型。当时，P型半导体表面呈强反型，形成n沟道，将n+的源、漏区连接起来。这时若漏极加上正电压便在源、漏之间有电流IDS流过，IDS随VGS而变，也就是随半导体表面的电场而变，这就是所谓表面场效应，场效应管的名称即由此而来。图1.1-2中的W为沟道宽度，L为沟道长度，为氧化层厚度。从下面讨论可知，这些参数将直接影响MOS场效应管的电性能。

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