第2-2章三极管-场效应管

P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道场效应管的分类：2.2结型场效应管2.2.1结型场效应管的结构2.2.2结型场效应管的工作原理2.2.3结型场效应管的特性曲线#

符号中的箭头方向表示什么？2.2.1结型场效应管的结构在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。2.2.2结型场效应管的工作原理①vGS对沟道的控制作用当vGS＜0时（以N沟道JFET为例）

当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP

（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP<0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。

vGS继续减小，沟道继续变窄。②vDS对沟道的影响作用当vGS=0时，vDSiDg、d间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。

当vDS增加到使vGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变③

vGS和vDS同时作用时当VP<vGS<0时，导电沟道更容易夹断，对于同样的vDS，

iD的值比vGS=0时的值要小。在预夹断处vGD=vGS-vDS=VP综上分析可知

沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

所以场效应管也称为单极型三极管。JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。#

为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因

此iG0，输入电阻很高。(b)N沟道结型FET转移特性曲线N沟道结型FET输出特性曲线在放大区：2.2.3结型场效应管的特性曲线1.输出特性2.转移特性2.3金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管2.3.1N沟道增强型MOSFET的结构2.3.5

P沟道MOSFET2.3.2N沟道增强型MOSFET的工作原理

2.3.3N沟道增强型MOSFET的特性曲线2.3.4N沟道耗尽型MOSFET金属氧化物半导体三极管增强型（E型）耗尽型（D型）N沟道P沟道N沟道P沟道MOS管分类耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道L：沟道长度W：沟道宽度tox

：绝缘层厚度通常W>L2.3.1N沟道增强型MOSFET的结构N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2

薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极剖面图符号G－栅极（基极）S－源极（发射极）D－漏极（集电极）B－衬底由于栅极通过SiO2层与衬底绝缘，故MOSFET又称为绝缘栅场效应管。（1）vGS对沟道的控制作用当vGS≤0时漏源之间相当两个背靠背的二极管，无导电沟道，d、s间加电压时，不会形成电流。当0<vGS<VT时产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，不会形成电流。当vGS≥VT时在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有漏极电流iD产生。且外加的vGS越大，iD也越大。

vGS越大，导电沟道越厚VT称为开启电压2.3.2N沟道增强型MOSFET的工作原理

在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的多数载流子空穴极性相反，故称为反型层。（2）vDS对沟道的影响靠近漏极d处的电位升高电场强度减小沟道变薄当vGS一定（vGS>VT）时，vDSiD沟道电位梯度整个沟道呈楔形分布当vGS一定（vGS>VT）时，vDSiD沟道电位梯度当vDS增加到使vGD=VT时，在紧靠漏极处出现预夹断。（2）vDS对沟道的影响在预夹断处：vGD=vGS-vDS=VT预夹断后，vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变（2）vDS对沟道的影响（3）vDS和vGS同时作用时

vDS一定，vGS变化时给定一个vGS，就有一条不同的iD–vDS曲线。（4）正常放大时外加偏置电压的要求:（1）输出特性：①截止区当vGS＜VT时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态。2.3.3N沟道增强型MOSFET的特性曲线对于共源电路②可变电阻区

vDS≤（vGS－VT）由于vDS较小，可近似为rdso是一个受vGS控制的可变电阻②可变电阻区

n：反型层中电子迁移率Cox：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容本征电导因子其中Kn为电导常数，单位：mA/V2③饱和区（恒流区又称放大区）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT时的iDV-I特性：输入电压与输出电流间的关系曲线，对于共源电路，即：（2）转移特性vGS<VT时，iD=0vGS>VT时，iD=0随vGS线性增加2.3.4N沟道耗尽型MOSFET在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在P型表面感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流增强型输出特性曲线转移特性曲线耗尽型IDSS称为漏极饱和电流VP称为夹断电压特性曲线PMOS管结构和工作原理与NMOS管类似，但正常放大时所外加的直流偏置极性与NMOS管相反。PMOS管的优点是工艺简单，制作方便；缺点是外加直流偏置为负电源，难与别的管子制作的电路接口。PMOS管速度较低，现已很少单独使用，主要用于和NMOS管构成CMOS电路。2.3.5

P沟道MOSFETP沟道MOSFET：耗尽型：当vGS＝0

时，存在导电沟道，iD≠0

增强型：当vGS＝0

时，没有导电沟道，iD＝0

电路符号耗尽型与增强型MOS管的差异N沟道增强型绝缘栅场效应管P沟道增强型各类场效应管的特性曲线比较绝缘栅场效应管各类场效应管的特性曲线比较N沟道耗尽型P沟道耗尽型结型场效应管各类场效应管的特性曲线比较N沟道P沟道2.4场效应管的主要参数管2.4.1直流参数2.4.2交流参数2.4.3极限参数场效应管的主要参数直流参数：1.开启电压VT

（增强型参数）2.夹断电压VP

（耗尽型参数）开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。夹断电压是耗尽型FET的参数，当vDS为某一固定值，使漏极电流为零时的vGS称为夹断电压VP

。3.饱和漏电流IDSS

（耗尽型参数）4.直流输入电阻RGS

（109Ω～1015Ω

）

当VGS=0时，VDS>|VP|时所对应的漏极电流。MOS管由于栅极绝缘，所以其输入电阻非常大，理想时可认为无穷大。交流参数：1.输出电阻rds

低频互导指漏极电流变化量与栅压变化量的比值，代表转移特性曲线的斜率。当不考虑沟道调制效应时，在线性放大区rds→∞

2.低频互导gm

5.1.5MOSFET的主要参数低频互导gm

考虑到则其中对于N沟道增强型MOSFET：极限参数：1.最大漏极电流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源电压V（BR）DS

4.最大栅源电压V（BR）GS

最大耗散功耗可由PDM=VDSID决定，与双极型三极管的PCM相当。场效应管使用时的注意点N衬底接高电位，P衬底接低电位。当源极电位很高或很低时，为减轻源衬电压对管子性能的影响，可将源极与衬底相连。FET的源极和漏极可互换，但当源已与衬底相连时不能互换。由于FET的输入电阻很大，易产生静电击穿，无论在存放和使用时，都不能将栅极悬空。同时，焊接时电烙铁需有外接地线，以屏蔽交流电场，防止损坏管子。双极型三极管场效应三极管结构NPN型，PNP型C与E不可倒置使用结型耗尽型：N沟道P沟道MOS增强型：N沟道P沟道