半導體物理和器件物理基礎固體材料：超導體:大于106(cm)-1

導

體:106~104(cm)-1

半導體:104~10-10(cm)-1

絕緣體:小于10-10(cm)-1？什么是半導體從導電特性和機制來分：不同電阻特性不同輸運機制1.半導體的結構原子結合形式：共價鍵形成的晶體結構：

構

成

一

個正四面體，

具

有

金

剛

石

晶

體

結

構

半導體有元素半導體，如：Si、Ge

化合物半導體，如：GaAs、InP、ZnS2.半導體中的載流子：能夠導電的自由粒子本征半導體：n=p=ni電子：Electron，帶負電的導電載流子，是價電子脫離原子束縛

后形成的自由電子，對應于導帶中占據的電子空穴：Hole，帶正電的導電載流子，是價電子脫離原子束縛

后形成的電子空位，對應于價帶中的電子空位3.半導體的能帶(價帶、導帶和帶隙)量子態和能級固體的能帶結構

原子能級

能帶價帶：0K條件下被電子填充的能量最高的能帶導帶：0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶禁帶：導帶底與價帶頂之間能帶帶隙：導帶底與價帶頂之間的能量差半導體的能帶結構導

帶價

帶Eg本征載流子濃度：

n=p=ninp=ni2

ni與禁帶寬度和溫度有關4.本征載流子本征半導體：沒有摻雜的半導體本征載流子：本征半導體中的載流子載流子濃度

電

子

濃

度

n,

空

穴

濃

度

p5.半導體的摻雜BAs

受

主

摻

雜

施

主

摻

雜施主和受主濃度：ND、NA受主：Acceptor，摻入半導體的雜質原子向半導體中提供導電的空穴，并成為帶負電的離子。如Si中摻的B施主：Donor，摻入半導體的雜質原子向半導體中提供導電的電子，并成為帶正電的離子。如Si中摻的P和As施主能級受主能級雜質能級：雜質可以使電子在其周圍運動形成量子態6.非本征半導體的載流子在非本征情形:

熱平衡時(質量作用定律):N型半導體：n大于pP型半導體：p大于n多子：多數載流子 n型半導體：電子 p型半導體：空穴少子：少數載流子 n型半導體：空穴 p型半導體：電子7.電中性條件:正負電荷之和為0p+Nd–n–Na=0施主和受主可以相互補償p=n+Na–Ndn=p+Nd–Nan型半導體：電子nNd

空穴pni2/Ndp型半導體：空穴pNa

電子nni2/Na舉例摻雜濃度分別為(a)和的硅中的電子和空穴濃度？(b)再摻雜的Na又是多少？()8.過剩載流子

由于受外界因素如光、電的作用，半導體中載流子的分布偏離了平衡態分布，稱這些偏離平衡分布的載流子為過剩載流子公式不成立載流子的產生和復合：電子和空穴增加和消失的過程電子空穴對：電子和空穴成對產生或復合9.載流子的輸運漂移電流遷移率電阻率單位電場作用下載流子獲得平均速度反映了載流子在電場作用下輸運能力

載流子的漂移運動：載流子在電場作用下的運動

引

入

遷

移

率

的

概

念

影

響

遷

移

率

的

因

素影響遷移率的因素：有效質量平均弛豫時間（散射〕體現在：溫度和摻雜濃度半導體中載流子的散射機制：晶格散射（

熱

運

動

引

起）電離雜質散射擴散電流電子擴散電流：空穴擴散電流：愛因斯坦關系:載流子的擴散運動：載流子在化學勢作用下運動過剩載流子的擴散和復合過剩載流子的復合機制：

直接復合、間接復合、

表面復合、俄歇復合過剩載流子的擴散過程擴散長度Ln和Lp:L=(D)1/2重

點半導體、N型半導體、P型半導體、本征半導體、非本征半導體載流子、電子、空穴、平衡載流子、非平衡載流子、過剩載流子能帶、導帶、價帶、禁帶摻雜、施主、受主輸運、漂移、擴散、產生、復合半導體器件物理基礎據統計：半導體器件主要有67種，另外還有110個相關的變種所有這些器件都由少數基本模塊構成：

pn結金屬－半導體接觸

MOS結構

異質結

超晶格半導體器件物理基礎PN結和晶體管N型半導體P型半導體PN結PN（具有奇特的性質）微電子器件的基礎在一塊n型（或p型）半導體單晶上，用適當的工藝方法（如：合金法、擴散法、生長法、離子注入法等）把p型（或n型）雜質摻入其中，使這塊單晶的不同區域分別具有n型和p型的導電類型，在二者的交界面出就形成了pn結。PN結的形成PN1）合金法制備pn結把一小粒鋁放在一塊n型單晶硅片上，加熱到一定程度，形成鋁硅的熔融體，然后降低溫度，熔融體開始凝固，在n型硅片上形成一含有高濃度鋁的p型硅薄層，它和n型硅襯底的交界面處即為pn結。nSiAInSi液體nSipNDNAN(x)xpn合金結的雜質分布：突變結2）擴散法制備pn結通過氧化、光刻、擴散等工藝形成p-n結。nSiSiO2nSinSiPNDNA(x)N(x)xpn雜質分布：緩變結N++++++++++++++++++++++++++++++++++++N++++++++++++++++++++++++++++++++++++以N型半導體為基片通過半導體擴散工藝使半導體的一邊形成N型區，另一邊形成P型區。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------(1)在濃度差的作用下，電子從N區向P區擴散N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------(2)在濃度差的作用下，空穴從P區向N區擴散N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------PN結兩端摻雜濃度不均→擴散運動N區電子→→P區P區空穴→→N區P區：電子→PN界面附近與空穴復合→留下帶負電荷的電離受主N區：空穴→PN界面附近與電子復合→留下帶正電荷的電離施主N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------

即PN結空間電荷層空間電荷區

——在PN結的交界面附近，由于擴散運動使電子與空穴復合，多子的濃度下降，則在P區和N區分別出現了由不能移動的帶電離子構成的區域，這就是空間電荷區，又稱為阻擋層，耗盡層，墊壘區。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------

形成內建電場內電場方向

內建電場——由空間電荷區（即PN結的交界面兩側的帶有相反極性的離子電荷）將形成由N區指向P區的電場E，這一內部電場的作用是阻擋多子的擴散，加速少子的漂移。

隨著擴散的進行，空間電荷↑，內建電場↑，載流子漂移↑N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------

無外加電場：當擴散和漂移運動達到平衡后;

擴散電流ID=漂移電流IT，方向相反;PN結中無電流通過;

形成一定的寬度的空間電荷層。PN結形成過程動畫演示p-n結能帶圖EC

EfnEVEC

EfpEV------空間電荷區EFx－－－－－－－－－－qVDqVDp區能帶相對向上移，n區能帶向下移，費米能級相等，n-p結達平衡狀態，沒有凈電流通過。

能帶彎曲，電子從勢能低的n區向勢能高的p區運動時，必須克服這一勢能“高坡”，才能到達p區；同理，空穴也必須克服這一勢能“高坡”，才能從p區到達n區，這一勢能“高坡”通常稱為p-n結的勢壘，故空間電荷區也叫勢壘區。p-n結兩邊的摻雜濃度溫度禁帶寬度PN結及二極管的特性1PN結——單向導電特性a正向偏置(外加正向電壓)b反向偏置(外加反向電壓)2

PN結——伏安特性3PN結——電容特性a正向偏置(外加正向電壓)

PN結兩端加正向電壓U：P區“+”

，N區“-”

+

-外電場將P區空穴→（-）受主離子↓N區電子→（+）施主離子↓→空間電荷層變薄→內建電場減弱→pn結電阻很小xV(x)VDVD-V1PN結——單向導電特性------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內++++++EPN結正向偏置內電場被削弱PN結變窄多子進行擴散------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內++++++EPN結正偏動畫演示P+N內建電場Elo+-VIPN結正偏空間電荷層變薄內建電場減弱擴散電流>>漂移電流擴散形成較大的正向電流IPN結導通電壓V電流I外加正向電壓越大，正向電流也越大，而且是呈非線性的伏安特性(圖為鍺管)。V（伏）３０２０１０（毫安）正向00.21.0Ib反向偏置(外加反向電壓)

+

-xV(x)VDVD+VPN結兩端加反向電壓U：P區“-”

，N區“+”

外電場將P區空穴部分中和N區電子部分中和→內建電場增強→pn結電阻很大→空間電荷層變寬PN結反偏動畫演示P+N內建電場Elo-+VPN結反偏阻擋層變寬內建電場增強漂移電流>>擴散電流少子漂移形成微小的反向電流IRPN結截止IRIR與V近似無關。當外部電壓達到一定值時，反向電流幾乎不隨反偏電壓變化，形成飽和電流——反向飽和電流（Is）當外電場很強,反向電壓超過某一數值后，反向電流會急劇增大----反向擊穿。擊穿電壓V(伏)I-１０-２０-３０（微安）反向-20-30IsPN結單向導電特性

PN結加正向電壓時，電阻小，形成較大正向電流ID，導通；PN結加反向電壓時，電阻大，形成反向電流極小，不導通(截止)；

這一特性稱為單向導電性。由前面的a、b合起來可以表述為：VT—熱電壓VT=KT/qIS—PN結反向飽和電流在室溫（T=300K)時，PN結的電壓與電流關系PN結正、反向特性，可用理想的指數函數來描述：

+++++_PN____VI（1）當V=0時，I=0（3）

當V<0，且|V|>>UT時，I-IS討論：（2）當V>0，且V>>VT時，

VDI2

PN結——伏安特性VDI反向特性正向特性擊穿特性a有死區（ID≈0的區域）正向電壓很小，對內建電場影響小，ID≈0——PN結不導通

(1)．V>0,正向特性反向特性擊穿特性VDI正向特性死區電壓VonO死區電壓的大小與管子的材料及溫度有關b呈現指數形式區域硅管Von=0.5V～0.7V鍺管Von=0.1V～0.3V反向特性擊穿特性VDI正向特性死區電壓VonO而當V>Von后，曲線陡直——PN結導通二極管正向導通時的電壓稱導通電壓Von(2)．反向特性

a

當時，IS硅管<0.1A鍺管幾十到幾百A反向特性擊穿特性VDI正向特性死區電壓VonOV(BR)Isb

當時反向電流急劇增大二極管發生反向擊穿當反向電流劇增時所對應的反向電壓叫擊穿電壓VBR

當反向電壓足夠高時，PN結內電場較強，在空間電荷區作漂移運動的載流子不斷被加速，以致獲得足夠能量，它們碰撞晶體原子，使得共價鍵中的電子激發形成電子－空穴對（碰撞電離現象），新產生的電子和空穴在電場作用下加速，也獲得能量，又碰撞別的晶體原子，繼續產生電子－空穴對，這就是載流子的倍增效應.

①雪崩擊穿PN結的擊穿雪崩擊穿和齊納擊穿電擊穿熱擊穿形成鏈式反應，載流子濃度和反向電流驟增，向雪崩一樣——雪崩擊穿雪崩擊穿滿足空間電荷區電場強度大空間電荷區寬度大

②齊納擊穿（隧道擊穿）空間電荷區較窄，反向電壓增加→Pn結能帶彎曲程度↑

（可能出現n區的Ec比p區的EV低）－當△x短到一定程度，在電場作用下，p區價帶電子將通過隧道效應穿過禁帶到達n區導帶中，是反向電流急劇增加——隧道擊穿。qVDEc△xEvEcEvEgpn最初由齊納提出解釋電解質擊穿現象——齊納擊穿齊納擊穿：高摻雜，空間電荷層窄，低反向（擊穿）電、壓，產生電子空穴對，反向電流增大。雪崩擊穿：低摻雜，空間電荷層寬，高反向（擊穿）電壓，撞價電子（撞出），產生電子空穴對，多次重復，反向電流增大。一般地：擊穿電壓VBR<6V的屬于齊納擊穿擊穿電壓VBR>6V的屬于雪崩擊穿

當p–n結上加反向電壓

→

反向電流引起熱損耗↑→反向飽和電流↑

如此反復循環下去，最后發生熱電擊穿。熱電擊穿熱擊穿（大電流）——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆

電壓越大，對應損耗的功率也越大。如果沒有良好的散熱條件使這些熱能及時傳遞出去，可能發生熱擊穿正向區：溫度升高，曲線左移反向區：溫度升高，曲線下移

當溫度T↑時，PN結兩邊的熱平衡少子濃度相應增加，從而導致PN結的反向飽和電流IS增大；

V(on)隨T↑而略↓

當溫度進一步增大到極端，雜質半導體變得與本征半導體類似，PN結就不存在了。

(3)PN結的溫度特性PN結正常工作的最高溫度：

Si：150~200℃Ge：75~100℃(4)半導體二極管的主要電參數a.額定電流IFb.反向擊穿電壓V(BR)管子長期運行所允許通過的電流平均值。

二極管能承受的最高反向電壓。反向特性擊穿特性VDI正向特性死區電壓VonOV(BR)Isd.反向電流IRc.最高允許反向工作電壓VR為了確保管子安全工作，所允許的最高反向電壓。

VR=（1/2～2/3）V(BR)室溫下加上規定的反向電壓測得的電流。

反向特性擊穿特性VDI正向特性死區電壓VonOV(BR)Isf.最高工作頻率fM二極管正向導通時的電壓e.

導通電壓Von反向特性擊穿特性VDI正向特性死區電壓VonOV(BR)Is半導體二極管的結構和符號半導體二極管的外型平面型N型硅陽極引線PN結陰極引線金銻合金底座鋁合金小球半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：半導體二極管圖片半導體二極管圖片雙極型晶體管（三極管）

半導體雙極型晶體管是電子電路重要器件，它通過一定的工藝，將兩個PN結結合在一起，由于兩個PN結的相互影響，使晶體管具有電流放大作用。從二極管發展到三極管，這是一個質得飛躍。

按材料：①硅管；②鍺管按功率：①小功率管；②中功率管；③大功率管按結構：①NPN；②PNP

半導體雙極型晶體管在工作過程中，管內有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電，雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

兩種類型的三極管基本結構:符號：PN結PN結發射區發射極emitter基區基極base集電區集電極collector集電結發射結NPN型ECB箭頭方向表示發射結加正向電壓時的電流方向PN結PN結發射區發射極emitter基區基極base集電區集電極collector集電結發射結ECBPNP型符號：箭頭方向表示發射結加正向電壓時的電流方向常見三極管的外形：

晶體管的結構特點：?

發射區的摻雜濃度最高?

集電區摻雜濃度低于發射區，且面積大；?

基區很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結構剖面圖工藝：在N型硅片(集電區)氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質進行擴散形成P型(基區)，基區做的很薄（微米甚至納米數量級）；再在P型區上刻窗口，將磷雜質進行擴散，形成N型的發射區，發射區的摻雜濃度遠遠高于基區和集電區。再引出三個電極。平面型（NPN）三極管發射區：摻雜濃度最高基區：最薄，摻雜濃度最低BECNNP基極發射極集電極集電區：面積最大bec表面看雙極型晶體管的放大原理歸結為：1.雙極型晶體管的工作原理外部條件：

發射結正偏；集電結反偏

內部條件：

發射區摻雜濃度高；基區薄且摻雜濃度低；集電結面積大滿足放大條件的三種電路：ECBCEBECB共發射極共集電極共基極

共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;

共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發射極接法，發射極作為公共電極，用CE表示；（以NPN為例）共基極內部載流子傳輸過程：N+NPEBC

VBEVBCVBEVBCCEB載流子的NPN管傳輸經歷三個階段：①多數載流子注入BE結加有正向偏壓：基區空穴在正向偏壓下擴散到發射區，IpE

發射區電子擴散到基區，InE

VBEVBCN+NPIEIB-InEIpEVBEVBCCEBIE=InE+IpE

一般InE

>>IpE

，IpE數值很小，一般可以忽略。發射區：摻雜濃度最高基區：最薄，摻雜濃度最低BECNNP

VBEVBCN+NPIEIB-InEIpE②基區載流子的擴散與復合N+發射區電子基區電子濃度差向前擴散集電結N區邊界空穴復合少數電子

VBEVBCN+NPIEIB-InEIpEInB+NNPEBC發射區發射結基區集電區集電結電子在基區的擴散過程中，空穴會與那里的多數載流子電子相遇而被復合。但如果：

a.基區很薄

b.基區空穴濃度很低（要求基區施主雜質濃度很低）則這種復合機會將大大減少，以致絕大多數電子均能經擴散到達集電結邊界。只有少量空穴在基區中與電子復合。

N+NPIEIB-InEIpEInBBCE③集電極收集擴散電子

電子到達集電結邊界時，遇到集電結強大的電場，此電場的方向是電子產生漂移運動，而被“拉”入集電區，構成集電極電流InC。此過程稱為收集。+

-集電區和基區的少子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成反向飽和電流ICBO。ICBO在三極管內部的傳輸過程不參與導電，可忽略。

VBEVBCN+NPIEIB-InEIpEInB-InCICBO

VBEVBCN+NPIEIB-InEIpEInB-InCICBOIc結論：①.在N+PN管內，空穴的傳輸過程包含三個基本環節：注入→擴散（少量被復合）→收集②.載流子傳輸過程的實現，使輸出的集電極電流InC

決定于輸入的發射極電流InE，即InC

≈

InE③.由于InE受正向偏壓影響極大，BE結正向偏壓的微小改變將引起正向電流InE的劇烈改變，于是InC也跟著劇烈改變。三極管的控制過程表示如下：VBE

IE

IC

VBEVBCN+NPIEIB-InEIpEInB-InCICBOIc④.電流傳輸過程能夠得以實現的內部原因，完全是由于：?基區很薄?基區摻雜濃度較低。很薄的基區將兩個偏置相反的PN結聯成一個統一的整體，使該整體具有放大信號的能力，而非兩個孤立的二極管。因此??兩點是三極管具有放大作用的內部條件。

2.雙極型晶體管的電流放大系數

IC=InC+ICBOIB=IpE+InB

-ICBOIE=InE+IpE三者之間關系：

IE=IC+IBN+NPIEIB-InEIpEInB-InCICBOIc對于合格的晶體管：IB很小，約為1/100ICIE和IC接近（1）共基極基極作為輸入輸出的公共端

為共基極直流電流放大系數，它只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般

=0.90.99。不能有電流放大的作用，但因為在收集極允許介入阻抗很大的負載，因此可獲得電壓放大和功率放大。

對于共基電路，同樣可定義交流電流放大系數

，NPNICIEIBRbVBEVCERc（2）共發射極直流電流放大系數：o發射極作為輸入輸出的公共端發射結正偏，集電結反偏。IC=InC+ICBOIB=IpE+InB

-ICBOIE=InE+IpE三者之間關系：

IE=IC+IB共發射極直流電流放大系數：

只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般

>>1,

值在20~200之間。

管子做成后IC，與IE

的比例關系基本固定，因此能夠通過改變IB

的大小控制，這就是所謂三極管的電流放大作用。

對于發射極電路，同樣可定義交流電流放大系數

，ECBCEBECB共發射極共集電極共基極共基極直流電流放大系數：共發射極直流電流放大系數：和的關系滿足公式：

對于交流與同樣也有：

3三極管的輸入特性與輸出特性

bce共射極放大電路VBEVCEICIBIE

IB=f(vBE)

VCE=const(1).輸入特性曲線（以共發射極放大電路為例）當VCE≥1V時

VCB=VCE-VBE>0，集電結已進入反偏狀態，開始收集電子，基區復合減少。當VCE=0V時相當于發射結的正向伏安特性曲線。NPNICIEIBVBEVCE輸入特性曲線VCE1VIB/AVBE/V204060800.40.8

死區電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。0V0.5V(2)輸出特性曲線IC=f(VCE)

IB=const擊穿區飽和區放大區123405101520截止區0IC(MA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當VCE大于一定的數值時，IC只與IB有關：IC=IB。NPNICIEIBVBEVCE放大區

條件：發射結正偏，VBE>0,集電結反偏，VBC<0

特點：(A)有放大特性：(B)有恒流特性：IC與VCE無關。IC(MA)

1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區域中VCEVBE,集電結正偏，集電極電流不再受基極電流的控制.VCE0.3VNPNICIEIBVBEVCE飽和區

條件：發射結正偏，集電結正偏。VBE>0,VBC>0

特點：失去放大能力，即IC＝βIB不成立,即IB不能控制IC

的變化。IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB=0,IC=ICBO,VBE<死區電壓，稱為截止區。NPNICIEIBVBEVCE截止區條件：發射結、集電結均反偏VBE<0,VBC<0

。特點：IB=0時，IC

≈IE=ICBO=0，三極管CE間為開路。

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關管國家標準對半導體三極管的命名如下:3

D

G

110B

用字母表示材料

用字母表示器件的種類

用數字表示同種器件型號的序號

用字母表示同一型號中的不同規格

三極管半導體三極管的型號例如：3AX31D、3DG123C、3DK100BBJT的特點優點垂直結構與輸運時間相關的尺寸由工藝參數決定，與光刻尺寸關系不大易于獲得高fT高速應用整個發射結上有電流流過可獲得單位面積的大輸出電流易于獲得大電流大功率應用開態電壓VBE與尺寸、工藝無關片間漲落小，可獲得小的電壓擺幅易于小信號應用模擬電路缺點：存在直流輸入電流，基極電流功耗大飽和區中存儲電荷上升開關速度慢開態電壓無法成為設計參數設計BJT的關鍵：獲得盡可能大的IC和盡可能小的IB當代BJT結構特點：深槽隔離多晶硅發射極MOS場效應晶體管MOS場效應管(MOSFET)的結構及符號MOS管的電流電壓特性MOS場效應晶體管(MOSFET)Mental-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-TransistorMIS結構

(金屬-絕緣體-半導體，Metal-Insalator-Semiconductor)半導體絕緣層金屬MIS結構實際就是一個電容當M——S兩端加電壓后，

M—S兩端相對的兩個面上被充電。I金屬：自由電子密度高，電荷分布在一個原子厚度的范圍內半導體：自由載流子密度低，電荷分布在一定厚度的表面層根據金屬—半導體間所加電壓VG的變化，半導體的電荷分布，表面電勢的變化，分為堆積、耗盡、反型三種情況。以P型半導體為例：(1)多數載流子堆積

VG<0(金屬接負)表面層出現空穴堆積而帶正電荷能帶向上彎曲。SM－+(2)多數載流子耗盡

VG>0(金屬接正)半導體中的少數載流子電子會到表面與空穴復合，同時表面處的空穴被排斥，電子留在表面。表面處空穴的空穴濃度比內部低得多，能帶向下彎曲M+－(3)少數載流子反型

VG>0(金屬接正)VG繼續增大，表面處電子濃度增加并超過空穴的濃度，形成與原來半導體導電類型相反的一層，叫反型層。M+－場效應晶體管結型場效應管絕緣柵場效應管增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道2.MOS場效應晶體管(MOSFET)晶體結構結構示意圖L溝道長度W溝道寬度D(Drain)為漏極G(Gate)為柵極S(Source)為源極NMOSD(Drain)為漏極，G(Gate)為柵極，S(Source)為源極，P型襯底(摻雜濃度低)N+N+SDGBN型襯底(摻雜濃度低)P+P+SDGBPMOSSGDBSGDB符號

增強型P型襯底(摻雜濃度低)N+N+SDGBD(Drain)為漏極G(Gate)為柵極S(Source)為源極MOSFET的結構是完全對稱的，不加偏壓下，無法區分那一端是源極，那一端是漏極。對于NMOS，加偏壓后，將電位低的一端稱源極，電位高的一端呈漏極，電流方向從漏極流向源極。PMOS相反。P型襯底(摻雜濃度低)N+N+SDGB用擴散的方法制作兩個N+區在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層用金屬引出源極S和漏極D在絕緣層上噴金屬鋁（鋁銅硅）引出柵極G工藝

漏極和源極間的區域稱為導電溝道SiO2

由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱MOS場效應管（MOSFET

）

柵極和其它電極及襯底之間是絕緣的，所以又稱為絕緣柵場效應管（IGFET

）

P型襯底(摻雜濃度低)N+N+SDGB3工作原理（以增強型NMOS為例）

絕緣柵場效應管利用VGS

來控制“感應電荷”的多少，改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。正常工作時，VGB>0，源極S和漏極D與襯底之間的pn結必須加電壓。VGS>0，VDS>0且VGS>VDS

P型襯底(摻雜濃度低)N+N+SDGB（1）假定VGS=0兩個N+被各自的空間電荷包圍,漏源之間相當于兩個背靠背的PN結。無論漏源之間加何種極性電壓，總有一個PN結是反偏的。且只有很小的反偏電流，可認為ID=0。VGSID=0P型襯底N+N+SDGBVDSSBD（2）假定VGS>0（很小）垂直于襯底表面產生電場VGSID=0N+N+SDGBVDSP型襯底--電場將兩個N+的多子電子和P襯底中少子電子吸引到表層與空穴復合。排斥空穴，留下負空間電荷。VGS很小時，源、漏極被空間電荷隔斷。（3）假定VGS增加使導電溝道剛剛形成的VGS稱為開啟電壓VGS(th)(或VT)VGSN+N+SDGBVDSP型襯底空間電荷區電場將兩個N+的電子和P襯底中電子繼續吸引到表層與空穴復合。排斥空穴，最終電子濃度>空穴濃度。形成反型層。兩個N+相通，源、漏極間形成N型導電溝道。VGS足夠大時,形成導電溝道，如此時加有漏源電壓VDS，就可以形成漏極電流ID。VDS>0導電溝道形成后，VDS越大，ID越大。導電溝道相當于電阻,VGS越大此電阻越小。VGSID>0N+N+SDGBVDSP型襯底柵極電壓——縱向電場漏源電壓——橫向電場

在柵極上電壓為0時，漏源之間相當于兩個背靠背的PN結。且相隔很遠，可認為ID=0。

當柵極上加一定的電壓后，源漏之間加電場后會有明顯的電流通過。

由于器件的電流是由電場控制的，這就是場效應管的由來。VGSID=0P型襯底N+N+SDGBVDSVGSID>0N+N+SDGBVDSP型襯底VDS>0這種在VGS=0時沒有導電通道，而必須在柵極上加一定的電壓才形成的溝道的MOS管，稱增強型MOS晶體管VGSP+P+SDGBVDSN型襯底兩個P+相通，源、漏極間形成P型導電溝道。空間電荷區PMOS4場效應晶體管的直流特性A轉移特性曲線當VGS<VT時，導電溝道還沒有形成，ID≈0。當VGS>VT時，導電溝道已形成，VDS>0,產生聲漏源電流。隨著VGS的增大，ID也增大。VT無溝道有溝道(1)增強型NMOSVGSP+P+SDGBVDSN型襯底B輸出特性曲線線形區（可變電阻區）飽和區(恒流區)擊穿區（截止區）VGSP+P+SDGBVDSN型襯底VDS

小，VGSVDS>VT線形區（可變電阻區）加在平板電容器電位差溝道最左—柵極近源VGS

溝道最右—柵極近漏VGS

VDS

差不多整個溝道厚度變化不大——ID隨VDS線形變化VGSID>0N+N+SDGBVDSP型襯底VDS/VOID/mA飽和區(恒流區)VDS↑,

VGS

VDS=VT

VDS作用于溝道兩端電位差VGSVGS

VDS

不同整個溝道厚度不均——ID隨VDS增加緩慢VGS

VDS=VT

，右端溝道消失——溝道夾斷VGSID>0SDGBVDSP型襯底N+N+擊穿區（截止區）飽和區過后，VDS↑,

晶體管進入擊穿區柵調制擊穿溝道雪崩擊穿源漏擊穿SGDBVGSID>0N+N+SDGBVDSP型襯底P型襯底(摻雜濃度低)N+N+SDGB常閉柵極上必須加高于V