04模拟电子技术第四章-2011.ppt

四、P沟道耗尽型MOSFETMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。特点：输入电阻可达1010?(有资料介绍可达1014?）以上。类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；UGS=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。4.2.MOS场效应三极管一、N沟道增强型MOS场效应管结构4个电极：漏极D，源极S，栅极G和衬底B。P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极GN沟道增强型MOS场效应管的结构示意图SGDB1.工作原理绝缘栅场效应管利用UGS来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流ID。2.工作原理分析(1)UGS=0漏源之间相当于两个背靠背的PN结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD(2)UDS=0，0UGSUGS(th)D栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近SiO2一侧的空穴，形成由负离子组成的耗尽层。增大UGS耗尽层变宽。同时吸引P型衬底中的自由电子(3)UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足够多的电子，会形成电子导电为主的N型沟道——反型层P型衬底N+N+BGSVGG------------N型沟道UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UGS(th)或UT为开始形成反型层所需的UGS，称阈值电压或开启电压。(4)UDS对导电沟道的影响(UGSUT，沟道已形成)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流ID。b.UDS=UGS–UT，UGD=UT靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。c.UDSUGS–UT，UGDUT由于夹断区的沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，iD因而基本不变。a.UDSUGS–UT，即UGD=UGS–UDSUTP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区UDS对导电沟道的影响(a)UGDUT(b)UGD=UT(c)UGDUT在UDSUGS–UT时(恒流区)，对应于不同的uGS就有一个确定的iD。可以把iD近似看成是uGS控制的电流源。3、特性曲线四个区：（a）可变电阻区（预夹断前）。①输出特性曲线：iD=f(uDS)?uGS=const（b）恒流区也称饱和区（预夹断后）。（c）夹断区（截止区）。uGS＜UT（d）击穿区。可变电阻区恒流区截止区击穿区N沟道预夹断轨迹可根据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：UT②转移特性曲线(恒流区)：iD=f(uGS)?uDS=constuGSuT，iD=0；uGS≥uT，形成导电沟道，随着uGS的增加，ID逐渐增大。一个重要参数——跨导gmgm=?iD/?uGS?uDS=const(单位mS)gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出gm。区别：在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。特点：当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。定义：阈值电压（UT）——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。二、N沟道耗尽型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET的特性曲线输出特性曲线转移特性曲线