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    场效应管的工作原理及制造工艺

    2020-07-20

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    场效应管(FET)是场效应晶体管(field-effect transistor)的简称,它是一种通过电场效应控制电流的电子元件。它依靠电场去控制导电沟道形状,因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。

     

    场效应管不但具有双极性晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点,而且噪声低,热稳定性好,抗辐射能力强,使之广泛地应用于各种电子电路之中。

     

    所有的场效应管都有栅极g(gate)、漏极d(drain)、源极s(source)三个极,分别对应双极性晶体管的基极b(base)、集电极c(collector)和发射极e(emitter)。除了结型场效应管外,所有的FET也有第四端,被称为体(body)、基(base)、块体(bulk)或衬底(substrate)。P区与N区交界面形成耗尽层,而漏极d与源极s间的非耗尽层区域称为导电沟道。

     

    接下来我们介绍一下场效应管的制造工艺,根据MOS管的微电子学原理,在用离子注入时,掺杂原子在器件沟道位置的随机变化将影响MOS管电参数的变化。当MOS管的尺寸减小时,掺杂原子在器件中的平均数量将减小。作为一个结果,掺杂原子数目和它们在器件沟道中的所在位置的随机变化将增加。

     

    在标准的制造工艺中,掺杂原子通过随机散射过程在沟道中找到它们的所在位置。因此,掺杂原子在沟道中的数目和排列的随机效应是器件的固有效应,人们不能在标准的制造工艺中把它们取消掉。这个效应将导致器件和整个电路的性能, 例如电流的驱动能力和传输滞后的随机变化。其中掺杂原子在沟道中的数目和排列的随机效应也将引起MOS管阈值电压的随机变化。这些将直接导致由于沟道长度减小而使器件的性能变坏。

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