晶体管原理5-1课件

第5章绝缘栅场效应晶体管场效应晶体管（FieldEffectTransistor，FET）是另一类重要的微电子器件。这是一种电压控制型多子导电器件，又称为单极型晶体管。这种器件与双极型晶体管相比，有以下优点①输入阻抗高；(有利于制做灵敏的探测器)②温度稳定性好；③噪声小；④大电流特性好；⑤无少子存储效应，开关速度高；⑥制造工艺简单；结型栅场效应晶体管（JFET）肖特基势垒栅场效应晶体管（MESFET）绝缘栅场效应晶体管（IGFET或MOSFET)

场效应晶体管（FET）的分类JFET和MESFET的工作原理相同。以JFET为例，用一个低掺杂的半导体作为导电沟道，在半导体的一侧或两侧制作PN结，并加上反向电压。利用PN结势垒区宽度随反向电压的变化而变化的特点来控制导电沟道的截面积，从而控制沟道的导电能力。两种FET的不同之处仅在于，JFET是利用PN结作为控制栅，而MESFET则是利用金-半结（肖特基势垒结）来作为控制栅。IGFET的工作原理略有不同，利用电场能来控制半导体的表面状态，从而控制沟道的导电能力。根据沟道导电类型的不同，每类FET又可分为N

沟道器件和

P

沟道器件。

MESFET的基本结构绝缘栅场效应晶体管按其早期器件的纵向结构又被称为“金属-氧化物-半导体场效应晶体管”，简称为MOSFET，但现在这种器件的栅电极实际不一定是金属，绝缘栅也不一定是氧化物，但仍被习惯地称为MOSFET。

5.1MOSFET

基础

5.1.1MOSFET

的结构

MOSFET的立体结构

5.1.2MOSFET

的工作原理当

VGS<VT（称为

阈电压）时，N+

型的源区与漏区之间隔着P

型区，且漏结反偏，故无漏极电流。当

VGS

>VT时，栅下的P

型硅表面发生

强反型

，形成连通源、漏区的N

型

沟道

，在

VDS作用下产生漏极电流ID。对于恒定的

VDS

，VGS越大，沟道中的电子就越多，沟道电阻就越小，ID

就越大。所以MOSFET是通过改变

VGS来控制沟道的导电性，从而控制漏极电流ID

，是一种电压控制型器件。

转移特性曲线：VDS恒定时的VGS~

ID曲线。MOSFET的转移特性反映了栅源电压

VGS对漏极电流

ID的控制能力。N

沟道MOSFET

当VT>0时，称为

增强型

，为

常关型。VT

<0时，称为

耗尽型

，为

常开型。IDVGSVT0IDVGSVT0P

沟道MOSFET

的特性与N

沟道MOSFET

相对称，即：(1)衬底为N

型，源漏区为P+

型。(2)VGS、VDS的极性以及ID

的方向均与N

沟相反。(3)沟道中的可动载流子为空穴。(4)VT

<0时称为增强型（常关型），VT>0时称为耗尽型（常开型）。

5.1.3MOSFET

的类型②过渡区随着VDS增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线逐渐下弯。当VDS

增大到

VDsat(饱和漏源电压)时，漏端处的可动电子消失，这称为沟道被

夹断，如图中的AB段所示。线性区与过渡区统称为

非饱和区，有时也统称为

线性区。③饱和区当

VDS>VDsat后，沟道夹断点左移，漏附近只剩下耗尽区。这时ID几乎与

VDS无关而保持常数IDsat，曲线为水平直线，如图中的BC段所示。实际上ID随

VDS的增大而略有增大，曲线略向上翘。④击穿区