P沟道耗尽型MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N - 安徽理工大学.PPT

模拟电子技术基础 安徽理工大学电气工程系 2.2 场效应半导体三极管 2.2.1 绝缘栅场效应三极管的工作原理 2.2.2 伏安特性曲线 2.2.3 结型场效应三极管 2.2.4 场效应三极管的参数和型号 2.2.5 双极型和场效应型三极管的比较 场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。 一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。 当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和 衬底间的电容作用，将靠近栅极 下方的 P 型半导体中的空穴向下 方排斥，出现了一薄层负离子的 耗尽层。耗尽层中的少子将向表 层运动，但数量有限，不足以形 成沟道，将漏极和源极沟通，所 以不可能以形成漏极电流ID。 VGS对漏极电流的控制关系可用：ID=f(VGS)?VDS=const 这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图02.14。 图02.14 VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线 当VDS为0或较小时，相当VGS＞VGS(th)，沟道分布 如图02.15(a)，此时VDS 基本均匀降落在沟道中，沟道 呈斜线分布。 (2)N沟道耗尽型MOSFET 当VGS＞0时，将使ID进一步增加。VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压，用符号VGS(off)表示，有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOS的转移特性曲线如图02.17(b)所示。 (a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线 图02.17 N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线 (3)P沟道耗尽型MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。 2.2.2伏安特性曲线 场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同，以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，将P沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘于图02.18之中。 2.2.3 结型场效应三极管 (1)结型场效应三极管的结构 (2) 结型场效应三极管的工作原理 根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。现以N沟道为例说明其工作原理。 ① 栅源电压对沟道的控制作用 当VGS=0时，在漏极与源极之间加有一定电压，在漏、源间将形成多子漂移运动，产生漏极电流。当VGS＜0时，PN结反偏，耗尽层加厚，漏、源间的沟道将变窄、电阻增大、ID减小，VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(off)。这一过程如图02.20所示。 ② 漏源电压对沟道的控制作用 当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VGS(off)时，在紧靠漏极处出现预夹断，如图02.21(b)示。当VDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。以上过程与绝缘栅场效应三极管十分相似，见图02.15。 (3)结型场效应三极管的特性曲线 JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。它与MOSFET的特性曲线基本相同，只不过MOSFET的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。JFET的特性曲线如图02.22所示。 2.2.4 场效应三极管的参数和型号 (1) 场效应三极管的参数 ① 开启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 ④ 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是109～1015Ω。 (2) 场效应三极管的型号 场效应三极管型号, 现行有