*增強型 MOSFET

 構造及電路符號

* (1)增強型NMOS的基體(substrate)p型半導體,源極和汲極端為n型半導體。未導通前,MOS並沒有實際的通道,通道是靠來建立。

      

        (a) NMOS的結構          (b) NMOS符號

(1) 增強型NMOS結構及符號

 

* (2)增強型PMOS的基體(substrate)n型半導體,源極和汲極端為p型半導體。

      

        (a) PMOS的結構          (b) PMOS符號

(2) 增強型PMOS的結構及符號

 

 動作原理

* 從增強型NMOS的結構來看,金屬閘極(G)、二氧化矽及p型基體(substrate)相當於一個電容器。其中金屬閘極及p型基體相當於電容器的兩極,而二氧化矽相當於電容器的介電質。

* 在增強型NMOS的閘極加上一正電壓,此時在p型基體中靠近二氧化矽的地方會感應出負電荷(電子),如圖(3a)所示。閘極上的正電壓增加,則感應出的電子數目也會增加,此區域稱為電子反轉層(inversion layer)而反轉層也就是所謂的「通道」。

反轉層中電子數目的多寡由外加電壓決定(即愈大,愈大)。

 

同樣,在增強型PMOS的閘極加上一負電壓,此時在n型基體中靠近二氧化矽的地方會感應出正電荷(電洞)。閘極上的負電壓增加,則感應出的電洞數目也會增加,此區域稱為電洞反轉層(inversion layer)

 

                   

         (a)              (b)

(3) 增強型NMOS的動作原理

 

* 能形成反轉層所需加上的最小閘極電壓被稱為臨界電壓(threshold voltage),以表示。

* 增強型NMOS為正值,增強型PMOS為負值

* 對增強型NMOS而言,當時,無法形成反轉層,此元件在截止區,此時

* ,增強型NMOS的反轉層形成後,在汲極加上一正電壓(),如圖(3b)所示,則反轉層中的電子會由源極經由通道向汲極移動,形成從汲極到源極的電流

j很小時,整個通道的電子密度約略為定值。

k當汲極電壓增加,則減少,造成靠近汲極區域的電子密度比靠近源極區域的電子密度小,如圖(3b)所示,所以增量電導也變小,因此特性曲線之斜率開始變小。

 

* 很小時,增加而增加,此時增強型NMOS如同一電阻,此區域稱為歐姆區,如圖(4)所示。

l靠近汲極區域的電子密度降為零,增量電導也變為零,因此特性曲線之斜率也變為零。

 

* 逐漸增加至時,即使再增加也不增加而為定值,此區域稱為飽和區,如圖(4)所示。

m逐漸增加,時。電子密度為零的位置會隨的增加而向源極方向移動。所以電子由源極進入通道,再到達電子密度為零的位置後,就會進入空乏區,而被空乏區的電場掃入汲極區。

 

  (4) 增強型NMOS的汲極特性曲線

 

[例題1]

若增強型NMOS的源極接地,欲使元件正常工作,則應在閘極上加上 (A)正電壓 (B)負電壓 (C)正電壓或負電壓都可以 (D)零電壓

Answer(A)正電壓

 

[例題2]

若增強型PMOS的源極接地,欲使元件正常工作,則應在閘極上加上 (A)正電壓 (B)負電壓 (C)正電壓或負電壓都可以 (D)零電壓

Answer(B)負電壓

 

[例題3]

下列何者屬於增強型式? (A)NMOS (B) NMOS (C)PMOS (D)N-channel JFET

Answer(A)NMOS

 

 增強型 NMOS (汲極電流)

* 歐姆區:

   

   導電參數

電子的移動率

:通道寬度, :通道長度

   氧化層電容

   ()氧化層介電常數

:氧化層厚度

* 飽和區

  

 

* 截止區

  

 

[例題4]

一個增強型NMOS,源極接地,閘極4V,判斷下列情況各位於那個工作區?(1) (2)

Answer

(1) ,且

    所以位於歐姆

(2) ,且

    所以位於飽和區

 

 增強型 PMOS

* 歐姆區:

 

* 飽和區