構造及電路符號
如圖(1),增強型NMOS的基體(substrate)為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
(圖1) 增強型NMOS的結構及符號
如圖(2),增強型PMOS的基體(substrate)為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
(圖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)
(圖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的為正值,增強型PMOS的為負值
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。
當,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當很小時,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,因此對的特性曲線之斜率開始變小。
當且很小時,隨增加而增加,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當,靠近汲極區域的電子密度降為零,增量電導也變為零,因此對的特性曲線之斜率也變為零。
當逐漸增加至時,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當逐漸增加,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。
(圖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的 (汲極電流)
歐姆區:
當 且 時
導電參數
:電子的移動率
:通道寬度, :通道長度
氧化層電容
(矽)氧化層介電常數
:氧化層厚度
飽和區
當 且 時
截止區
當 時
[例題4]
一個增強型NMOS的,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
所以位於歐姆區
(2)
,且
所以位於飽和區
增強型 PMOS的
歐姆區:
飽和區