第四章-绝缘栅场效应晶体管#

场效应晶体管：FET

• FET分类

  • 结型栅场效应晶体管(JFET)
  • 肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET)
  • 绝缘栅场效应晶体管(IGFET或MOSFET)

  根据沟道导电类型的不同，每类FET又可分为N沟道器件和P沟道器件

• 跨导$g_m$(MOSFET的小信号交流参数)

  • 跨导 代表转移特性曲线的斜率，它反映了栅源电压 $V_{GS}$ 对漏电流 $I_D$ 的控制能力，即反映了 MOSFET 的增益的大小(更大的 $g_m$ 意味着更强的信号放大能力)
  • 如何提高跨导$g_{m}s$

    • 从器件角度：

      提高 $\beta$(增益因子)

      增大 $\frac{Z}{L}$(增大宽长比，让沟道变宽，让沟道变短)

      提高迁移率 $\mu$

      减小 $T_{ox}$(**栅氧化层厚度：**氧化层越薄，栅极电压对沟道电荷的控制力这就越强)

    • 从电路角度：

      提高 $V_{GS}$

• 亚阈区栅源电压摆幅 S(亚阈值摆幅)

  亚阈区的转移特性斜率的倒数称为亚阈区栅源电压摆幅，记为S。

  S的意义：使 $I_{Dsub}$ 扩大 10 倍所需的 $\ast V_{GS}$ 的增量。*

  • 减小S的措施：

    • 需要减小耗尽层电容 $C_D$

      具体的做法是降低衬底掺杂浓度

    • 需要增大栅氧化层电容 $C_{ox}$

      具体的做法是减小栅氧化层的厚度 $T_{ox}$

• 计算 MOSFET 跨导参数的公式

  • 此公式描述了一个MOS管将电压转换为电流的能力：

    $\beta =\frac{Z}{L}\mu C_{ox}$

  • 如何提高MOS管的导电能力

    • 增大 $Z$（把器件做宽）
    • 减小 $L$（把器件做短）
    • 使用迁移率 $\mu$ 更高的材料
    • 使用更薄的氧化层（增大 $C_{ox}$）