电子技术基础项目化教程课件 项目一 半导体器件的认识 1.4.3 场效应晶体管.ppt

1.4拓展知识1.4.3场效应晶体管下页总目录场效应晶体管又叫单极型半导体晶体管（简称FET），它具有输入电阻高，另外还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、寿命长等优点，因而得到广泛应用。场效应晶体管根据结构的不同，分成两类：金属（Metal）—氧化物（Oxide）—半导体（Semiconductor）(简称MOSFET)和结型场效应晶体管（简称JFET）。场效应晶体管根据制造工艺和材料的不同，又分为N沟道场效应晶体管和P沟道场效应晶体管。1.4.3场效应晶体管下页上页首页1.MOS场效应晶体管MOS场效应晶体管按工作方式，又分为增强型和耗尽型两类。这里以N沟道增强型MOS场效应晶体管为例，讨论MOS管的有关特性。下页上页首页（1）N沟道增强型MOS场效应晶体管1）结构与符号N沟道增强型MOS场效应晶体管的结构如图1－32(a)所示，它的制造工艺是：以一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底，然后利用扩散的方法在衬底的两侧形成掺杂浓度比较高的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别是源极（S）和漏极（D），然后在硅片表面覆盖一层很薄的二氧化硅（SiO2）的绝缘层，然后在漏源之间的绝缘层表面再用金属铝引出一个电极作为栅极（G），另外从衬底引出衬底引线B。下页上页首页可见这种场效应晶体管由金属、氧化物和半导体组成，所以简称为MOS场效应晶体管。根据这种结构，源极和漏极可以交换使用。但再实际应用中，通常源极和衬底引线B相连（此时S和D不能交换使用）。下页上页首页如果以N型硅片作为衬底，可制成P沟道增强型MOS场效应晶体管。N沟道和P沟道增强型MOS场效应晶体管的符号分别如图1－32(b)和(c)所示，图中衬底B的方向始终是PN结加正偏电压时正向电流的方向。下页上页首页2)工作原理N沟道增强型MOS场效应晶体管正常工作时，栅源之间加正向电压uGS，漏源之间加正向电压uDS，并将源极和衬底相连。衬底是电路中的最低电位。①栅源间电压uGS对iD的控制当栅源间无外加电压时，由于漏源间不存在导电沟道，所以无论在漏源间无论加上何种极性的电压，都不会产生漏极电流。下页上页首页当在栅源间外加正向电压uGS时，外加的正向电压在栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中产生了由栅极指向衬底的电场，该强电场会使靠近SiO2一侧P型硅中的多子（空穴）受到排斥而向体内运动，从而在表面留下不能移动的负离子，形成耗尽层。下页上页首页这时，如果在漏源间加上电压，就会有漏极电流产生，如图1－34(a)所示。人们将开始形成反型层所需的uGS值称为开启电压，用UGS(th)表示。显然，栅源电压uGS越大，作用于半导体表面的电场越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应的沟道电阻就愈小。下页上页首页可见，这种场效应晶体管uGS=0时没有导电沟道，只有uGSUGS(th)才有导电沟道。其转移特性曲线如图1－34(b)所示，可近似用下式表示IDO是uGS＝2UGS(th)时的iD的电流。下页上页首页②漏源电压对沟道的影响iD流经沟道产生压降，使得栅极与沟道中各点的电位不再相等，也就是加在“平板电容器”上的电压将沿着沟道产生变化，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布。当uGSUGS(th)且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压uDS，uDS将在沟道中产生自漏极指向源极的电场，该电场使得N沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流iD。下页上页首页其特性曲线如图1－35所示。从图中可以看出，管子的工作状态可分为可变电阻区、放大区和截止区这三个区域。下页上页首页图1－35增强型NMOS场效应晶体管的输出特性曲线可变电阻区：这是uDS较小的区域，但uGS为一定值时，与uDS成线性关系，其相应直线的斜率受uGS控制，这时场效应晶体管D、S间相当于一个受电压uGS控制的可变电阻，其阻值为相应直线斜率的倒数。放大区：这是uDS＞uGS-UGS(th),场效应晶体管夹断后对于的区域，其特点是曲线近似为一簇平行于uDS轴的直线，iD仅受uGS控制而与uDS基本无关。在这一区域，场效应晶体管的D、S之间相当于一个受电压uDS控制的电流源，所以也称为恒流区，场效应晶体管用于放大电路