电路基础——NMOS物理结构
电路基础——NMOS物理结构
李狗蛋
天津大学 微电子学与固体电子学博士
我们清楚了NMOS的一个重要功能——放大,可是NMOS是怎么实现这个功能的呢?它的物理结构又是怎样的呢?现在我们来讨论一下NMOS的结构和原理。
我们先要有一个共识,就是纯净的半导体硅,它的导电功能实在是太半绝缘了一点——导电率太低。所以制作器件或者芯片的半导体都是掺杂硅,以掺硼——P型半导体,P代表positive;掺磷——N型半导体,N代表negative为主。集成电路中又以P型半导体较为常见。
IC的制作工艺和堆积木没有什么不同,都是一层一层摞起来的,只不过更为复杂和繁琐。我相信3D打印技术的发展,会对定制IC产生革命性的影响。也许你有一天就可以跟在淘宝打印相册一样,去定制打印一个属于自己的芯片。
看看我刚画好的NMOS结构图,看看这优雅的配色,迷人的线条,不规则的图形,多么完美!什么?你觉得很丑!红绿蓝都是什么玩意儿?!等到后面,你会理解我的良苦用心的!
衬底是P型的,也就是说在没有任何外界电压下,衬底里面充满了空穴。当D和S都不加电压,而VG>VTH时,不得了,沟道里面充满了电子啦!这些电子是怎么来的呢?记住一件事,衬底永远是接地的!电子就是从衬底里来的,从大地中来的。换个角度来理解,多晶硅poly和衬底之间夹着一个二氧化硅层,这就是一个电容啊,电容的上极板加正电压带正电,下极板出现电子也是理所当然。
沟道内的电子就是NMOS导电的关键,只要VD>VS,电子从S流向D,电流就会从D流向S。
但是当VD=VG-VTH时,红色虚线圈出来的位置电位恰好使该处电子和空穴都不存在了。VD再大,这个没有载流子的区域会继续扩大。载流子都没有了,电流ID不减小就很不错了。事实也是这样的,当VD>VG-VTH时,电流ID并不继续变大,而是不变了。
现在,我们也大概能明白,VTH是个什么样的电压了,它就是使沟道内既没有电子也没有空穴的电压。
致力于让你理解电路设计,希望中国的IC早日国产化。
希望大家喜欢并关注这个专栏。
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