Metallioksidipuolijohdekenttätehotransistori

Perustiedot

Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET), lyhennettynämetallioksidipuolikenttäefektitransistori, on kenttävaikutustransistori,joka voidaan käyttää laajasti kanavaansaliitännässä. "napaisuus-,metallioksidipuolijohdekenttätehotransistorit voidaan jakaa N-kanavatyyppiin, joissa on suurin osa elektroneista, ja P-kanavatyyppiin, joissa on suurin osa reikistä. Niitä kutsutaan tavallisestiN-tyyppisiksi metallioksidipuolijohdetransistoreiksi (NMOSFET) ja P-tyyppisiksi metallitransistoreiksi.

JudgingfromthenameoftheMOSFET,itwillactuallygivepeoplethewrongimpression.BecauseMOSFETisthefirstletterMoftheEnglishword"metal",itdoesnotexistinmostofthecurrentcomponentsofthesamekind.Earlymetaloxidehalffieldeffecttransistorgateusedmetalasamaterial,butwiththeadvancementofsemiconductortechnology,modernmetaloxidehalffieldeffecttransistorgatehasreplacedmetalwithpolysilicon.

MetalOxideHalfFieldEffectTransistorisconceptually"Insulated-GateFieldEffectTransistor"(Insulated-GateFieldEffectTransistor,IGFET).ThegateinsulatinglayerofIGFETmaybeothermaterialsthantheoxidelayerusedinMOSFETs.SomepeopleprefertouseIGFETswhenreferringtofieldeffecttransistorcomponentswithpolysilicongates,butmostoftheseIGFETsrefertometaloxidehalffieldeffecttransistors.

TheoxidelayerintheMOSFETislocatedaboveitschannel.Dependingonitsoperatingvoltage,thethicknessofthisoxidelayerisonlytenstohundredsofangstroms(Å).Usuallythematerialissilicondioxide(SiO2),butsomenewadvancedprocessescanalreadyusesiliconoxynitride(SiON)astheoxidelayer.

Today'ssemiconductorcomponentmaterialsareusuallysiliconasthefirstchoice,butsomesemiconductorcompanieshavedevelopedprocessesthatuseothersemiconductormaterials.ThemostfamousisthesilicongermaniumprocessdevelopedbyIBMusingamixtureofsiliconandgermanium.(SiGeprocess).Itisapitythatmanysemiconductormaterialswithgoodelectricalproperties,suchasgalliumarsenide(GaAs),cannotgrowagood-qualityoxidelayeronthesurface,sotheycannotbeusedtomakeMOSFETcomponents.

WhenalargeenoughpotentialdifferenceisappliedbetweenthegateandsourceoftheMOSFET,theelectricfieldwillinducechargesonthesurfaceofthesemiconductorundertheoxidelayer.Aso-called"inversionchannel"isformed.Thepolarityofthechannelisthesameasitsdrainandsource.Assumingthatthedrainandsourcearen-type,thenthechannelwillalsoben-type.Afterthechannelisformed,theMOSFETcanallowcurrenttopass,anddependingonthevoltageappliedtothegate,theamountofcurrentthatcanflowthroughthechanneloftheMOSFETwillalsochangeunderitscontrol..

Piirisymbolit

MOSFETissä yleisesti käytetyt piirisymbolit ovat monessa muodossa, yleisin merkki on pystysuora viiva edustaa kanavaa (Channal),kaksi kanavan rinnalla olevaa johtoa edustaa lähdettä (lähde) ja valua(tyhjennyskanavaa) näkyy alla olevassa kuvassa. Joskus kanavaa edustava suora viiva, joka on korvattu annetulla rivillä erottelemaanparannustilan (tunnetaan myös parannettuna)MOSFETin jadepletionmode(depletionmode).,Tunnetaan myös tyhjennystyyppinä)MetalOxideHalfFieldEffectTransistor.

Becausethemetaloxidehalffieldeffecttransistorontheintegratedcircuitchipisafour-terminalcomponent,inadditiontothesource(S),drain(D),andgate(G),thereisalsoaBase(BulkorBody).IntheMOSFETcircuitsymbol,thedirectionofthearrowextendingfromthechanneltotherightcanindicatethatthedeviceisann-typeorp-typeMOSFET.ThearrowdirectionalwayspointsfromthePterminaltotheNterminal,sothearrowpointingfromthechanneltothebaseterminalisap-typeMOSFET,orPMOSforshort(representingthechannelofthiscomponentasp-type);otherwise,itrepresentsthebaseelectrodep-type,andthechannelisn-type,thisdeviceisann-typeMOSFET,referredtoasNMOS.InageneraldistributedMOSFETcomponent,thebaseandsourceareusuallyconnectedtogether,sothedistributedMOSFETisusuallyathree-terminalcomponent.TheMOSFETsinintegratedcircuitsusuallyusethesamecommonbulk,sothepolarityofthebaseisnotmarked,andacircleisaddedtothegateofthePMOStoshowthedifference.

Toimintaperiaate

Metallioksidipuolikenttätransistorin ydin

Metalli-oksidikerros-puolijohderakenne

MetaloxidehalffieldeffectTransistorisstructuredwithametal-oxidelayer-semiconductorcapacitorasthecore(mostlyMOSfield-effecttransistorsusepolysiliconinsteadofmetalasitsgatematerial),andmostoftheoxidelayerismadeofsilicondioxide.Thebaseofthesilicon,andaboveitisthepolysiliconasthegate.Suchastructureisexactlyequaltoacapacitor.Theoxidelayeristhedielectricmaterialinthecapacitor,andthecapacitancevalueisdeterminedbythethicknessoftheoxidelayerandthedielectricconstantofsilicondioxide(dielectricconstant).)Todecide.ThegatepolysiliconandbasesiliconbecomethetwoendpointsoftheMOScapacitor.

KunMOS-kondensaattorin poikki syötetään jännitettä, puolijohteiden ladattu jakautuminen muuttuu. Harkitse ap-tyyppisellä puolijohteella muodostettua MOS-kondensaattoria (reiän pitoisuus onNA), kunpositiivinen jänniteVGBpäätellään sovellukseen ja konfiguroidaan. reikien määrä vähenee jaelektronien pitoisuus kasvaa. KunVGB on tarpeeksi vahva ,elektronipitoisuus portin lähellä ylittääreiän.P-tyyppisessä puolijohteessa alue, jossaelektronipitoisuus (negatiivisesti varautunut) ylittää reiän (positiivisesti varautunut) pitoisuus on ns.inversiokerros (inversiokerros).

ThecharacteristicsoftheMOScapacitordeterminetheoperatingcharacteristicsoftheMOSFET,butacompleteMOSFETstructurealsorequiresasourcethatprovidesamajoritycarrierandThedrainthatacceptsthesemajoritycarriers.

MOSFETien rakenne

Yllä mainittu MOSFET:n ydin onkeskellä sijaitsevaMOS-kondensaattori ja vasemmalla ja oikealla puolella ovatMOS-kondensaattorit.Lähde ja tyhjennys.Lähteen ja tyhjennyksen ominaisuuksien täytyy olla amen-tyyppiä (eliNMOS)tai samantyyppistä (esim. PMOS) tai samaa tyyppiä (eli PMOS). merkitykset:(1)Ntarkoittaaseostettujen epäpuhtauksien napaisuutta lähde- ja valuma-alueillaN;(2)"+"Se tarkoittaa, että tämä alue on voimakkaasti seostettu alue, mikä tarkoittaa, että tämän alueen elektronien keskittyminen on paljon korkeampi kuin muilla alueilla. joka on ns. base(taibase)alue.JosNMOS,baseregionisp-tyypin doping.Päinvastoin PMOS:n tapauksessa substraattien pitäisi olla tyyppiä, kun taas lähde-ja valumarep-tyyppinen (ja voimakkaasti seostettu P+). kuva.

ForthisNMOS,onlythesurfaceareaof​​thesemiconductordirectlybelowtheMOScapacitorisactuallyusedasachannelforcarrierstopassthrough.Whenapositivevoltageisappliedtothegate,negativelychargedelectronswillbeattractedtothesurface,formingachannel,allowingthemajorityofn-typesemiconductorcarriers—electronstoflowfromthesourcetothedrain.Ifthisvoltageisremoved,oranegativevoltageisapplied,thenthechannelcannotbeformed,andthecarrierscannotmovebetweenthesourceanddrain.

AssumingthattheobjectofoperationischangedtoPMOS,thenthesourceanddrainarep-type,andthesubstrateisn-type.WhenanegativevoltageisappliedtothegateofthePMOS,theholesonthesemiconductorwillbeattractedtothesurfacetoformachannel,andthemajorityofthesemiconductor-holescanflowfromthesourcetothedrain.Assumingthatthisnegativevoltageisremoved,orapositivevoltageisadded,thechannelcannotbeformed,andthecarrierscannotbemovedbetweenthesourceandthedrain.

Varsinkin MOSFET-lähde tarkoittaa"enemmistön kantoaaltojen lähteen tarjoamista".NMOS:lle useimmat kantoaaltoja ovat elektroneja; PMOS:lle useimmat kantajat ovat reikiä. Sitä vastoin tyhjennetään pääte, joka hyväksyy enemmistön kantoaaltoja.

MOSFETin toimintatila

MOSFETin portille, lähteelle ja tyhjennykselle sovelletun "poikkeaman" mukaan."(Bias) on erilainen,yleinen parannustapa.