常用半导体器件场效应管及应用.pptxVIP

第1章 常用半导体器件1.1 半导体基础知识1.2 半导体二极管1.3 双极型晶体管1.4 场效应管1.5 单结晶体管和晶闸管1.6 集成电路中的元件 本节课内容自学,不要求1.4 场效应管(FET)1.4.1 结型场效应管(JFET)1.4.2 绝缘栅型场效应管(MOSFET)1.4.3 场效应管主要参数1.4.4 场效应管与晶体管的比较重点难点重点：场效应管结构、放大原理、特性曲线。难点：1.场效应管电流沟道 2.输出曲线和转移曲线 3.场效应管主要参数及意义1.4 场效应管BJT：电流控制，be结正偏，rbe较小，吸收功率，如何进一步提高ri 问题的引出：场效应管(FET,Feiled Effictive Trsnsister) 利用输入回路电压控制输出回路电流的半导体器件（压控器件）。仅靠一种（而非两种）多数载流子（漂移）导电，又称单极性晶体管；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。 特点：输入电阻高：107~1012 ? ；体积小、重量轻、寿命长、噪声低、热稳定性好，抗辐射能力强、低功耗，易加工。耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道JFET结型FET场效应管MOSFET(IGFET)绝缘栅型分类：N沟道（耗尽型）P沟道N沟道增强型P沟道N沟道耗尽型P沟道P沟道1.4.1 结型场效应管(JFET)空间电荷区（耗尽层）P+P+结构与符号箭头向内表示N沟道漏极D(d)1. 结构N型导电沟道N栅极G(g)结构特点:反偏的PN结(栅源极反偏) —— 反偏电压控制耗尽层沟道电阻 —— 长度、宽度、掺杂源极S(s)一、JEFT 工作原理① UGS对沟道的控制作用（UDS=0）② UDS对沟道的影响（0UGSUGS(off)）|UGS | 增加?耗尽层加厚?沟道变窄?沟道电阻增大 （注意：对N-JEFT,UGS0，栅源极反偏）全夹断（夹断电压）? UGS=0? UGS(OFF)UGS＜0? UGS= UGS(OFF)② uDS对沟道的影响（0UGSUGS(OFF)）（UGD=UGS-USD）? UDS? ? ID ?，GD间PN结的反向电压增加,使靠近漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布（可变电阻）。? UGD=VGS(OFF) 时，在靠漏极处出现预夹断。? UDS ? ?夹断区延长, 但ID基本不变(恒流特性)—平衡作用? UGDUGS(OFF)? UGD=UGS(OFF)? UGDUGS(OFF)2. 工作原理③ UGS和UDS同时作用时二、N沟道JEFT 特性曲线1. 输出特性2. 转移特性UGS(off)iD0uDSN沟道JFET管的特性曲线予夹断轨迹iD饱和漏极电流IDOUGS=0VIDSS恒流区夹断电压uGSUGS=UGS(off)0UGS(off)夹断区可变电阻区转移特性曲线输出特性曲线夹断区夹断电压iDiDuGS00U DS5VUGS(off)UGS(off)4V恒流区饱和漏极电流3V2V可变电阻区IDSS1VUGS=0V予夹断曲线P沟道JEFT 特性曲线转移特性曲线输出特性曲线综上分析可知（结论） JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此 iG?0，输入电阻很高。JFET是电压控制电流器件，iD受UGS控制，沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。（1）当UDS使|UGD||UGS(OFF)|时，预夹断前，iD与vDS呈近似线性关系（可变电阻区域）；（2）当UDS使|UGD|=|UGS(OFF)|时，D-S间预夹断。（3）当UDS使|UGD||UGS(OFF)|时,预(未完全)夹断，iD趋于恒定饱和，iD只受到UGS控制，与UDS无关（压控电流源）。（4）完全夹断，iD=0,相当三极管截止。栅源电压对漏极电流的跨导：1.4.2 绝缘栅型场效应管(IGFET)N沟道（耗尽型）JFET结型P沟道FET场效应管N沟道增强型P沟道MOSFET绝缘栅型N沟道耗尽型P沟道 一、 N沟道增强型MOSFET1. 结构 与符号金属铝？箭头方向？中间虚线意思 ？ 2. 沟道形成原理（N沟增强型） 进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层 当栅极正电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，栅极下方的 P 型半导体中的空穴向下排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。少子数量有限，不足以形成沟道，不能形成漏极电流ID。ID0UGS(th) N沟道增强型MOSFET3. 工作原理ggddssUDS=0N+N+N+N+P 耗尽层P 耗尽层反型层BBUGS U