柵極簡(jiǎn)介
柵極是場(chǎng)效應(yīng)管或MOSFET等電子器件的關(guān)鍵部件之一，它可以通過(guò)改變柵極與源極之間的電壓來(lái)控制器件的導(dǎo)電性能。
柵極在電子器件中的特點(diǎn)：
可以通過(guò)改變其電壓來(lái)控制器件的電流和電導(dǎo)性能。
柵極采用金屬片或線網(wǎng)格，表面積較小，使得其靈敏度較高。
與晶體管內(nèi)部的其他元件相比，柵極電容較小，對(duì)信號(hào)的響應(yīng)速度較快。
柵極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和集成在芯片中。
場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）柵極
場(chǎng)效應(yīng)管根據(jù)三極管的原理開(kāi)發(fā)出的新一代放大元件，有3個(gè)極性，柵極，漏極，源極，它的特點(diǎn)是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可以達(dá)到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。
所有的FET都有柵極、漏極（drain）、源極（source）三個(gè)端，分別大致對(duì)應(yīng)雙極性晶體管的基極（base）、集電極（collector）和發(fā)射極（emitter）。除了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管外，所有的FET也有第四端，被稱為體（body）、基（base）、塊體（bulk）或襯底（substrate）。這個(gè)第四端可以將晶體管調(diào)制至運(yùn)行；在電路設(shè)計(jì)中，很少讓體端發(fā)揮大的作用，但是當(dāng)物理設(shè)計(jì)一個(gè)集成電路的時(shí)候，它的存在就是重要的。
在圖1中柵極的長(zhǎng)度（length）L，是指源極和漏極的距離。寬度（width）是指晶體管的范圍，在圖1中和橫截面垂直。通常情況下寬度比長(zhǎng)度大得多。長(zhǎng)度1微米的柵極限制最高頻率約為5GHz，0.2微米則是約30GHz。
這些端的名稱和它們的功能有關(guān)。柵極可以被認(rèn)為是控制一個(gè)物理柵的開(kāi)關(guān)。這個(gè)柵極可以通過(guò)制造或者消除源極和漏極之間的溝道，從而允許或者阻礙電子流過(guò)。如果受一個(gè)外加的電壓影響，電子流將從源極流向漏極。體很簡(jiǎn)單的就是指柵極、漏極、源極所在的半導(dǎo)體的塊體。
通常體端和一個(gè)電路中最高或最低的電壓相連，根據(jù)類(lèi)型不同而不同。體端和源極有時(shí)連在一起，因?yàn)橛袝r(shí)源也連在電路中最高或最低的電壓上。當(dāng)然有時(shí)一些電路中FET并沒(méi)有這樣的結(jié)構(gòu)，比如級(jí)聯(lián)傳輸電路和串疊式電路。
MOS管柵極開(kāi)啟電壓分析
控制機(jī)理上MOS-FET的柵極與管子的其余部分絕緣，靠柵源極電壓來(lái)控制載流子運(yùn)動(dòng)。N-MOSFET是一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，并在源極S和漏極D兩個(gè)區(qū)域制作兩個(gè)摻雜濃度較高的N型半導(dǎo)體區(qū)域，通過(guò)歐姆電極與源極和漏極相連。
由圖可以看出，柵極G和S、D極之間是有一層二氧化硅，因此，柵極與管子的其余部分絕緣。所以，這種FET稱為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。在底層的金屬襯底上引出電極B，稱為背面柵極。
那么，柵極和其他部分絕緣，是如何影響載流子的運(yùn)動(dòng)的呢？答案就是電場(chǎng)，見(jiàn)下圖。
當(dāng)Ugs=0時(shí)，MOS-FET就是兩個(gè)共陽(yáng)極的二極管，B極是公共陽(yáng)極，S、D極是兩個(gè)陰極。這時(shí)，不管S、D之間加何種極性電壓（當(dāng)然不能超過(guò)最大耐壓），都不會(huì)有電流產(chǎn)生，此時(shí)可認(rèn)為MOS-FET是截止的。
當(dāng)背柵極B與源極短接，并給G、S極間加上正電壓，如上圖所示，那么就會(huì)形成一個(gè)與P-襯底相垂直的電場(chǎng)。當(dāng)Ugs超過(guò)某個(gè)臨界值，垂直電場(chǎng)到達(dá)一定強(qiáng)度，較多的電子被吸引到P型硅表面，在兩個(gè)N型半導(dǎo)體區(qū)域之間形成導(dǎo)電的N溝道，這樣S、D極的N溝道形成一體，與下面的P型硅形成PN結(jié)。
此時(shí)，在D、S間施加正向電壓，PN結(jié)反向截止，所以，D、S、N溝道區(qū)下面存在一層耗盡區(qū)，與背柵極襯底隔離開(kāi)。那么，此時(shí)D、S極間，就會(huì)有不經(jīng)過(guò)襯底的電流，通過(guò)N溝道由漏區(qū)到達(dá)源區(qū)，形成漏電流Id。那么，我們就把剛開(kāi)始出現(xiàn)N溝道的Ugs稱為開(kāi)啟電壓。
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