5-第1章—场效应管

1、第一章 常用半导体器件 场效应管1.4 场效应管(单极型三极管)本节要介绍的场效应管是依靠一种极性的载流子(多子)飘移参与导电，所以称单极型三极管。又因为它是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的，所以又称场效应管。它是电压控制电流源(VCCS)器件。它的输入阻抗高1.4.1 场效应管FET(Field Effect Transistor) 的类型按其结构绝缘栅型结型按其工作状态增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道1.4.1 结型场效应管(耗尽型)一、结构示意图（以N沟道为例）NP耗尽层GSD两个PN结夹着一个N沟道。三个电极： G：栅极 Gate D：漏极 Drain S：源极 Sour

2、ce结构和符号（以N沟道为例）GSDVGG(uGS) 二、结型场效应管的工作原理 1. 栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压VGG = 0，令uDS =0(2)当uGS时，PN结反偏，导电沟道变窄，沟道电阻增大。(3)当uGS增加到一定值时 ，沟道完全合拢。沟道电阻无穷大 夹断电压UGS(off)使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压uGS。 (1)当uGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。沟道电阻最小UGS(off)=0 ，令uGS =0由于uGS =0，所以导电沟道最宽。（1）输出特性曲线： iD=f（ uDS ）UGS=常数 3.结型场效应三极管的特性曲线 饱和区内： iD

3、/uGS 常数= gm gm 低频跨导可变电阻区：预夹断前。饱和区（恒流区）：预夹断后。夹断区（截止区）。即： iD = gm uGS 放大原理（2）转移特性曲线： iD=f（ uGS ）UDS=常数4321051015UGS =0-1V-2V-3V-4V uDS / ViD /mA4321iD /mAuGS / V0-1-2-3-4UGS（off）饱和漏极电流IDSSUGS(off) uGSiD=IDSS(1)2（UGS（off）uGS0）N 沟道UDS =10V只在恒流区内只适合于恒流区内IDSS: uGS=0时的iD直流模型1.4.2 绝缘栅场效应管(MOS管)SiO2结构示意图P型硅衬

4、底源极S栅极G漏极D 衬底引线BN+N+符号1. 结构和符号一、增强型绝缘栅场效应管（以N沟道为例）DBSGN沟道DBSGP沟道G(Metal)-SiO2铝SiO2结构示意图P型硅衬底耗尽层衬底引线BN+N+SGDUDSiD = 0D与S之间是两个PN结反向串联，无论D与S之间加什么极性的电压，漏极电流均接近于零。2. 工作原理(1) uGS =0 时P型硅衬底N+BSGD。耗尽层iD 栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道，当D、S加上正向电压后可产生漏极电流iD 。 (2) uGS 变化时N型导电沟道N+N+UGSUDSP型硅衬底N+BSGD。耗尽层iD 栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道

5、，当D、S加上正向电压后可产生漏极电流iD 。 (3) uGS UGS(th)N型导电沟道N+N+UGSUDS4.uGS为大于UGS(th)的某一值时, uDS对iD的影响预夹断前预夹断预夹断后可变电阻区沟道电阻受uGS控制恒流区4321051015UGS =5V6V4V3V2ViD /mAUDS =10V增强型 NMOS 管的特性曲线 0123恒流区可变电阻区245uGS / V3. 特性曲线UGs(th)输出特性转移特性 uDS / ViD /mAiD=IDO( 1)2 uGS UGS(th) 夹断区IDOIDO: uGS=2UGS(th)时的iD（uGSUGS（th) 0 , N 沟道)

6、1. 结构特点和工作原理符号结构示意图P型硅衬底源极S漏极D 栅极G衬底引线B耗尽层N+N+正离子N型沟道SiO2制造时，在二氧化硅绝缘层中掺入大量的正离子。二、耗尽型绝缘栅场效应管（以N沟道为例）DBSGN沟道DBSGP沟道432104812UGS =1V2V3V输出特性转移特性耗尽型NMOS管的特性曲线 1230V101123 uGS / V2. 特性曲线UGs(off) uDS / VUDS =8ViD /mAiD /mAIDSSUGS(off) uGSiD=IDSS(1)2N 沟道耗尽型（UGS（off）uGS）UGS（off) 0 N 沟道耗尽型栅源电压与栅极电流的比值，其值很高。1

7、.4.3 场效应管的主要参数一、开启电压UGS(th) 在一定的uDS下，开始出现漏极电流所需的栅源电压。它是增强型MOS管的参数，NMOS UGS(th)为正，PMOS UGS(th)为负。二、夹断电压 UGS(off) 在一定的uDS下，使漏极电流近似等于零时所需的栅源电压。它是耗尽型管的参数，N沟道 UGS(off)是负值，P沟道 UGS(off)是正值。三、直流输入电阻 RGS(DC) 四、饱和漏极电流DSS 五、D 耗尽型的参数增强型的参数uGS=0时的iDuGS=2UGS(th)时的iDN沟道为正，P沟道为负。N沟道为正，P沟道为负。六、低频跨导 gm UDS为常数时，漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压的微变量之比称为低频跨导,即gm=iD / uGS UDS =常数低频跨导是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个重要参数。 交流参数1.4.4 场效应管的直流等效模型N 沟道耗尽型N 沟道增强型沟道耗尽型沟道增强型UGS(off) uGSiD=IDSS(1)2iD=IDO( 1)2 uGS UGS(th) iD参考方向仍是