МОП-транзистор представляет собой полевой транзистор металл-оксид-полупроводник. Или металл-изолятор-полупроводник. Биполярный транзистор усиливает небольшое изменение тока на входном конце и выдает большое изменение тока на выходном конце. Коэффициент усиления биполярного транзистора определяется как отношение выходного тока к входному току (бета). Другой тип транзистора, называемый полевым транзистором (FET), преобразует изменения входного напряжения в изменения выходного тока. Коэффициент усиления полевого транзистора равен его крутизне, определяемой как отношение изменения выходного тока к изменению входного напряжения. Название полевого транзистора также происходит от его входа (называемого затвором), который влияет на ток, протекающий через транзистор, проецируя электрическое поле на изолирующий слой. Фактически через этот изолятор ток не течет, поэтому ток затвора полевого транзистора очень мал. В наиболее распространенных полевых транзисторах в качестве изолятора под затвором используется тонкий слой диоксида кремния. Такие транзисторы называются транзисторами металл-оксид-полупроводник (МОП) или полевыми транзисторами металл-оксид-полупроводник (МОП-транзисторы). Поскольку MOSFET меньше по размеру и более энергоэффективны, они заменили биполярные транзисторы во многих приложениях.

Что такое МОС? какой эффект?

Вы можете напрямую перейти в энциклопедию Baidu, чтобы проверить информацию о MOSFET.

МОП-транзистор представляет собой полевой транзистор металл-оксид-полупроводник или металл-изолятор-полупроводник. Исток и сток полевого МОП-транзистора можно поменять местами, и все они представляют собой области N-типа, сформированные в заднем затворе P-типа. В большинстве случаев эти две области одинаковы, даже если два конца поменять местами, это не повлияет на производительность устройства. Такие устройства считаются симметричными.

Биполярный транзистор усиливает небольшое изменение тока на входном конце и выдает большое изменение тока на выходном конце. Коэффициент усиления биполярного транзистора определяется как отношение выходного тока к входному току (бета). Другой тип транзистора, называемый полевым транзистором (FET), преобразует изменения входного напряжения в изменения выходного тока. Коэффициент усиления полевого транзистора равен его крутизне, определяемой как отношение изменения выходного тока к изменению входного напряжения.

Название полевого транзистора также происходит от его входа (называемого затвором), который влияет на ток, протекающий через транзистор, проецируя электрическое поле на изолирующий слой. Фактически через этот изолятор ток не течет, поэтому ток затвора полевого транзистора очень мал. В наиболее распространенных полевых транзисторах в качестве изолятора под затвором используется тонкий слой диоксида кремния. Такие транзисторы называются транзисторами металл-оксид-полупроводник (МОП) или полевыми транзисторами металл-оксид-полупроводник (МОП-транзисторы). Поскольку MOSFET меньше по размеру и более энергоэффективны, они заменили биполярные транзисторы во многих приложениях.

Сначала взгляните на более простое устройство — МОП-конденсатор — чтобы лучше понять работу МОП-транзистора. Устройство имеет два электрода: один из металла, а другой из примесного кремния, разделенных тонким слоем диоксида кремния. Металлический полюс — это ВОРОТА, а полупроводниковый вывод — задняя дверь или корпус. Изолирующий оксидный слой между ними называется затворным диэлектриком. Показанное устройство имеет заднюю крышку из слегка легированного кремния P-типа. Электрические характеристики этого МОП-конденсатора можно объяснить, подключив задний затвор к земле, а затвор — к разным напряжениям. Потенциал GATE МОП-конденсатора равен 0 В. Разница в РАБОЧЕЙ ФУНКЦИИ между металлическими ЗАТВОРАМИ и полупроводниковыми ЗАТВОРАМИ создает небольшое электрическое поле на диэлектрике. В устройстве это электрическое поле делает металлические полюса слегка положительными, а кремниевые P-типа – отрицательными. Это электрическое поле притягивает электроны из нижних слоев кремния к поверхности и одновременно отталкивает дырки от поверхности. Это электрическое поле слишком слабое, поэтому изменение концентрации носителей очень мало, и влияние на общие характеристики устройства также очень мало.

Что происходит, когда ЗАТВОР МОП-конденсатора смещен в прямом направлении относительно ЗАДНЕГО ЗАТВОРА. Электрическое поле на ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ЗАТВОРЕ усиливается, и больше электронов вытягиваются из подложки. При этом дырки отталкиваются от поверхности. По мере увеличения напряжения GATE на поверхности будет больше электронов, чем дырок. Из-за избытка электронов поверхность кремния выглядит как кремний N-типа. Изменение полярности легирования называется инверсией, а перевернутый слой кремния — каналом. Поскольку напряжение GATE продолжает расти, на поверхности накапливается все больше и больше электронов, и канал становится сильной инверсией. Напряжение, при котором формируется канал, называется пороговым напряжением Vt. Когда разница напряжений между GATE и BACKGATE меньше порогового напряжения, канал не формируется. Когда разность напряжений превышает пороговое напряжение, появляется канал.

МОП-конденсаторы: (A) несмещенные (VBG=0В), (B) инвертированные (VBG=3В), (C) накопительные (VBG=-3В).

Середина — это случай, когда на ЗАТВОРЕ МОП-конденсатора подается отрицательное напряжение по отношению к обратному затвору. Электрическое поле меняется на противоположное, притягивая дырки к поверхности и отталкивая электроны. Поверхность кремния оказывается более сильно легированной, и считается, что устройство находится в состоянии накопления.

Характеристики МОП-конденсаторов можно использовать для формирования МОП-транзисторов. Затвор, диэлектрик и задний затвор остаются прежними. По обе стороны от GATE находятся две дополнительные области с селективным легированием. Один из них называется источником, а другой — стоком. Предположим, что и исток, и обратный затвор заземлены, а сток подключен к положительному напряжению. Пока напряжение между GATE и BACKGATE меньше порогового напряжения, канал не будет сформирован. PN-переход между стоком и задним затвором смещен в обратном направлении, поэтому от стока к заднему затвору протекает лишь небольшое количество тока. Если напряжение GATE превышает пороговое напряжение, под диэлектриком GATE появляется канал. Этот канал похож на тонкий слой кремния N-типа, который закорачивает сток и исток. Ток, состоящий из электронов, течет от истока через канал к стоку. Как правило, ток стока возникает только тогда, когда напряжение затвор-исток V превышает пороговое напряжение Vt.

В симметричных МОП-транзисторах маркировка истока и стока несколько произвольна. По определению, носители вытекают из источника в сток. Следовательно, идентичность источника и стока определяется смещением устройства. Иногда напряжение смещения на транзисторе не фиксировано, и два вывода меняют роли друг с другом. В этом случае разработчик схемы должен указать, что один из них является стоком, а другой — истоком.

Исток и сток представляют собой асимметричные МОП-транзисторы с разным легированием и разной геометрической формой. Есть много причин для создания асимметричных транзисторов, но конечный результат у всех один. Один вывод оптимизирован как сток, а другой оптимизирован как источник. Если сток и исток поменять местами, то устройство не будет работать корректно.

Транзисторы имеют канал N-типа, поэтому его называют N-канальным MOSFET или NMOS. Также существует P-канальная МОП-трубка (PMOS), которая представляет собой P-MOSFET, состоящий из слегка легированного ЗАДНЕГО ЗАТВОРА N-типа, а также истока и стока P-типа. Если ЗАТВОР этого транзистора смещен вперед по отношению к ЗАДНЕМУ, электроны притягиваются к поверхности, а дырки отталкиваются от поверхности. Поверхность кремния накапливается, и канал не образуется. Если GATE смещен в обратном направлении по отношению к BACKGATE, дырки притягиваются к поверхности и образуется канал. Следовательно, пороговое напряжение PMOS-транзистора отрицательно. Поскольку пороговое напряжение NMOS положительное, а пороговое напряжение PMOS отрицательное, инженеры обычно удаляют знак перед пороговым напряжением. Инженер мог бы сказать: «Повышение напряжения PMOS Vt с 0.6 В до 0.7 В», тогда как на самом деле напряжение PMOS Vt падает с -0.6 В до -0.7 В.