效应管 mosFET.doc

场效应管的分类 ???????? 场效应管（FET）是一种电压控制电流器件。其特点是输入电阻高，噪声系数低，受温度和辐射影响小。因而特别使用于高灵敏度、低噪声电路中 。????????? 场效应管的种类很多，按结构可分为两大类：结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）.结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种。绝缘栅场效应管主要指金属--氧化物--半导体场效应管（MOS管） 。MOS管又分为“耗尽型”和“增强型”两种，而每一种又分为N沟道和P沟道 。????????? 结型场效应管是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流的，输入电阻（105～1015）之间；?????????? 绝缘栅型是利用感应电荷的多少来控制导电沟道的宽窄从而控制电流的大小，其输入阻抗很高(栅极与其它电极互相绝缘)。它在硅片上的集成度高，因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位 。 场效应管的型号命名方法 现行场效应管有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。　　第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。 1.增强型NMOS管 s：Source 源极，d：Drain 漏极，g：Gate 栅极，B：Base 衬底，在P型衬底扩散上2个N 区，P型表面加SiO2绝缘层，在N 区加铝线引出电极。 2.增强型PMOS管 在N型衬底上扩散上2个P 区，P型表面加SiO2绝缘层，在二个P 区加铝线引出电极。PMOS与NMOS管的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同。 3.增强型NMOS管的工作原理 正常工作时外加电源电压的配置： (1)VGS=0, VDS=0：漏源间是两个背靠背串联的PN结，所以d-s间不可能有电流流过，即iD≈0。 (2)当VGS＞0，VDS=0时：d-s之间便开始形成导电沟道。 开始形成导电沟道所需的最小电压称为开启电压VGS(th)(习惯上常表示为VT)。 沟道形成过程作如下解释：此时，在栅极与衬底之间产生一个垂直电场(方向为由栅极指向衬底)，它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层(反型层)使两个N 区沟通，形成N型导电沟道。如果，此时再加上VDS电压，将会产生漏极电流iD。当VGS＝0时没有导电沟道，而当VGS 增强到＞VT时才形成沟道，所以称为增强型MOS管。并且VGS越大，感应电子层越厚，导电沟道越厚，等效沟道电阻越小，iD越大。 (3)当VGSVT，VDS0后， 漏-源电压VDS产生横向电场：由于沟道电阻的存在，iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布。近s端电压差较高，为VGS；近d端电压差较低，为VGD＝VGS-VDS，所以沟道的形状呈楔形分布。 1)当VDS较小时：VDS对导电沟道的影响不大，沟道主要受VGS控制， 所以VGS为定值时，沟道电阻保持不变，iD随VDS 增加而线性增加。此时，栅漏间的电压大于开启电压，沟道尚未夹断，。 2)当VDS增加到VGS-VDS＝VT时(即VDS＝VGS-VT)：栅漏电压为开启电压时，漏极端的感应层消失，沟道被夹断，称为“预夹断”。 3)当VDS再增加时(即VDS＞VGS-VT或VGD=VGS-VDSVT)：iD将不再增加而基本保持不变。因为VDS再增加时，近漏端上的预夹断点向s极延伸，使VDS的增加部分降落在预夹断区，以维持iD的大小，。 伏安特性与电流方程： (1) 增强型NMOS管的转移特性：在一定VDS下，栅-源电压VGS与漏极电流iD之间的关系： IDO是VGS=2VT时的漏极电流。 (2) 输出特性(漏极特性) 表示漏极电流iD漏-源电压VDS之间的关系：。 与三极管的特性相似，也可分为3个区：可变电阻区，放大区(恒流区、饱和区)， 截止区(夹断区)。可变电阻区管子导通，但沟道尚未预夹断，即满足的条件为：。在可变电阻区iD仅受VGS的控制，而且随VDS增大而线性增大。可模拟为受VGS控制的压控电阻RDS，。放大区(沟道被预夹断后)，又称恒流区、饱和区。条件是：。特征是iD主要受VGS控制，与VDS几乎无关，表现为较好的恒流特性。 夹断区又称截止区，管子没有导电沟道( VGS＜VT )时的状态，。 4.耗尽型NMOS管 在制造过程中，人为地在栅极下方的SiO2绝缘层中埋入了大量的K (钾)或Na (钠)等正离子 ；VGS=0，靠正离子作用，使P型衬底表面感应出N型反型层，将两个N 区连通，形成原始的N型导电沟道；VDS一定，外加正栅压(VGS