2.认知场效应管.pptx

认知场效应管任务二

场效应晶体管(fieldeffecttransistor,FET)简称场效应管,其由多数载流子参与导电,故也称为单极型晶体管。场效应管相比三极管具有诸多优点,其与三极管、功率晶体管是三种最常用的半导体器件,应用领域广泛。本任务介绍场效应管的分类、基本结构和工作原理,任务实施中对场效应管放大电路进行检测。任务描述

一、场效应管的分类和基本结构越来越多的电子电路,特别是音响领域,普遍使用场效应管。和双极型三极管不同,场效应管是一种电压控制电流型半导体器件,它利用改变外加电压产生的电场效应来控制其电流大小。场效应管不仅兼有双极型三极管体积小、质量轻、耗电省、使用寿命长等特点,还具有输入阻抗高、噪声低、工艺简单、动态范围大、易于集成、安全工作区域宽等优点,能构成技术性能很好的电路,在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。

一、场效应管的分类和基本结构场效应管的外形与三极管相似,根据结构的不同,场效应管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类;按导电沟道半导体材料的不同,这两种场效应管又分为N沟道和P沟道两种。按照上述分类,MOS场效应管又可分为N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道耗尽型,如图2-9所示。

一、场效应管的分类和基本结构1.结型场效应管的基本结构和符号结型场效应管利用半导体内电场效应工作,其结构如图2-10所示。在一块N型半导体两边各扩散一个高浓度的P型区(用P+表示),形成两个PN结。把两个P区并联在一起,引出一个电极,称为栅极g。在N型半导体的两端各引出一个电极,分别称为源极s和漏极d。它们与三极管的三个电极相对应:栅极g对应基极b,源极s对应发射极e,漏极d对应集电极c。夹在两个PN结中间的N型区域为导电沟道,这种结构的场效应管称为N沟道结型场效应管。

一、场效应管的分类和基本结构

一、场效应管的分类和基本结构两种场效应管的符号如图2-11所示,箭头方向表示栅结正偏时,栅极电流的指向。如图2-11(a)所示,表示栅极电流的方向由P指向N,从而判断d、s之间是N沟道,从符号上就可以看出这是一个N沟道结型场效应管。

一、场效应管的分类和基本结构2.MOS管的基本结构和符号N沟道增强型MOS管的结构如图2-12(a)所示,它以一块低掺杂浓度的P型硅半导体薄片做衬底,用扩散的方法形成两个高掺杂浓度的N型区(用N+表示),并引出两个电极分别作为漏极d和源极s。在P型硅表面生长一层很薄的SiO2绝缘层,再覆盖一层金属薄层,并引出一个电极作为场效应管的栅极g。在衬底上也引出一个引线B,引线B一般在制造时就与源极s相连。由于栅极g与源极s、漏极d及P型衬底之间均无电接触,故称为绝缘栅极,这也是把这种场效应管又称为绝缘栅型场效应管的原因。

一、场效应管的分类和基本结构N沟道耗尽型MOS管的结构如图2-12(b)所示,其与增强型基本相同,但在制造管子时预先在SiO2绝缘层中掺有大量正离子。

一、场效应管的分类和基本结构在正离子产生的正向电场的作用下,P型衬底中的电子被吸引到衬底与SiO2绝缘层的交界面上,形成N型薄层。将两个N+区连通,构成漏极与源极之间的N型导电沟道。同样,P沟道增强型和耗尽型MOS管与N沟道MOS管具有相似的结构。增强型和耗尽型MOS管的符号如图2-13和图2-14所示。

一、场效应管的分类和基本结构

二、场效应管的工作原理场效应管是一种电压控制电流型器件,通过改变栅源电压就可以控制其漏极电流的大小。和双极型三极管不同,其工作时只有一种载流子参与导电,常称其为单极型晶体管。下面以N型MOS管为例,介绍场效应管的工作原理。1.N沟道增强型图2-15所示为MOS管N沟道增强型的工作原理,主要从uGS对iD的控制作用和uDS对iD的影响两方面进行讨论。

二、场效应管的工作原理

二、场效应管的工作原理1)uGS对iD及沟道的控制作用当uGS=0,即栅源短接时,增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。不论uDS的极性如何,总有一个PN结处于反偏状态,漏-源间没有导电沟道,阻值高达1012Ω,所以这时漏极电流iD=0。当uGS0时,栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。由于绝缘层很薄,即使只有几伏的栅源电压uGS,也会产生105~106V/cm的强电场,这个电场使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的主离子(负离子)形成耗尽层,同时将P型衬底中的电子吸引到衬底表面。

二、场效应管的工作原理2)输出特性和转移特性MOS管的输出特性是指栅源电压uGS一定时,漏极电流iD与漏源电压