模拟电子技术基础__课件_01-4-1讲义(场效应管).ppt

* 场效应晶体管FET 场效应管与三极管不同，它是利用多子导电，属于单极型晶体管. 结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOSFET 场效应管有两种: N沟道 P沟道 耗尽型 增强型 耗尽型 增强型 绝缘栅场效应管（IGFET） 绝缘栅场效应管的栅极与其他电极绝缘。它利用栅源间电压所产生的电场效应控制半导体内载流子的运动。 根据绝缘材料的不同分为： 金属—氧化物—半导体场效应管（简称MOSFET或MOS管） 金属—氮化硅—半导体场效应管（简称MNSFET或MNS管） 金属—氧化铝—半导体场效应管 （简称MALSFET） N沟道增强型MOSFET 增强型NMOS管的结构示意图 立体图 简称增强型NMOS管 增强型NMOS的剖面图 源极S 漏极D 栅极G SiO2 绝缘层 SiO2 SiO2 N+型半导体 耗尽区 利用掺杂浓度较低的P型硅片作基片（衬底），并引出电极衬底B 在两个高掺杂浓度的N型半导体上引出两个电极：源极S、漏极D。 在SiO2绝缘层上沉积出铝层并引出栅极G。 P衬底 金属 衬底B 由于栅极和源极、漏极、衬底之间相互绝缘，故称绝缘栅场效应管。 由于管子是金属—氧化物—半导体构成，故简称MOS场效应管。 增强型NMOS管的工作原理 一 uGS对iD及导电沟道的控制作用 1. uGS 0 MOS管的源极和衬底通常是接在一起的 大多数管子在出厂前已连接好 。 增强型NMOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结 即使加上漏-源电压uDS，而且不论uDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，只有很小的漂移电流。这时漏极电流iD≈0。 2. uGS 0 但uGS UT （在栅-源极间加上正向电压） 栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场; 这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子 负离子 ，形成耗尽层，同时P衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。 当uGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现 3. uGS继续增加 uGS增加时，吸引到P衬底表面的电子就增多，当uGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层; uGS越大，电场越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。 开始出现反型层时的栅-源电压称为开启电压，用UT表示。 综上： 增强型NMOS管在uGS＜UT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态； 只有当uGS≥UT时，才有沟道形成，此时在漏-源极间加上正向电压uDS，才有漏极电流产生。 而且uGS增大时，沟道变厚. 必须在uGS≥UT时 才能形成导电沟道 的MOS管称为 增强型MOS管。 增强型NMOS管的符号 箭头方向从P区指向N型沟道 二 uDS对iD的影响 当uGS UT且为一确定值时 当uDS 0时，沟道里没有电子的定向运动，iD 0； 当uDS＞0但较小（uDS uGS–UT ）时 ， uGD uGS – uDS uGD UT ，源漏极两端沟道的厚度不相等。漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚；而漏极一端电压最小，其值为因而这里沟道最薄。所以iD随uDS近似呈线性变化。 图 a 随着uDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当uDS增加到使uGD uGS-uDS UT 或uDS uGS-UT 时，沟道在漏极一端出现预夹断，即只要uDS再增加一点，沟道就被夹断，成为耗尽区。图 b 再继续增大uDS， uGD UT 夹断点将向源极方向移动，图 c 。由于uDS的增加部分几乎全部降落在夹断区 此处电阻大 ，而对沟道的横向电场影响不大，沟道也从此基本恒定下来。故iD几乎不随uDS增大而增加，管子进入饱和区 或恒流区、放大区 ，iD几乎仅由vGS决定。 图 b 图 c 输出特性曲线： 当uDS 0 时，漏极电流ID 0。 当uDS较小时， 源漏极两端沟道的宽度不相等，如图 a iD 随uDS 的增大而增大，为曲线上升部分，即可变电阻区 RON:几百欧 当uDS增大到使uGD UT时，产生临界状态（图b），临界状态称为预夹断，此时 uDS uGS - UT。 当uDS继续增大，耗尽区向源极扩展（图c），uDS增加值主要降落在耗尽区上，iD增加很少，即为恒流区。在恒流区内，电流 iD 只受 uGS 控制，uGS 越大，饱和 电流越大，输出特性为一组受 uGS 控制的近似平行线。 转移特性曲线