模拟电子技术-第1章-常用半导体器件-场效应管-刘广孚

1§1.5场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）结型场效应晶体管（JFET）场效应晶体管的参数思考的问题：三极管（BJT）工作时，总是从信号源吸取电流,它是一种电流控制型的器件，输入阻抗较低。那么，场效应管（FET）是通过什么方式来控制的？有什么特点？×2场效应管晶体管（FieldEffectTransistor，FET）是利用电场效应来控制的有源器件，在集成电路（IC）以及微波电路中得到广泛应用。1.5场效应晶体管（FET）半导体管的特点:体积小重量轻耗电省寿命长……FET的特点:输入电阻高（MOSFET最高可达1015Ω）噪声系数低热稳定性好工作频率高抗辐射能力强制造工艺简单……31.5场效应晶体管（FET）场效应晶体管属于单极型晶体管。按照结构特点，场效应晶体管可分两大类：

绝缘栅型场效应管

（InsulatedGateFieldEffectTransister，IGFET）结型场效应管（JunctionFieldEffectTransister,JFET）√41.5.1绝缘栅场效应晶体管N沟道增强型MOSFETN沟道耗尽型MOSFETP沟道增强型MOSFETP沟道耗尽型MOSFET绝缘栅型场效应管(InsulatedGateFieldEffectTransister，IGFET)，多为金属-氧化物-半导体场效应管，(Metal

Oxide

SemiconductorFieldEffectTransister，MOSFET或MOS管)。√√51N沟道增强型MOSFET的结构

以P型半导体为衬底，用B表示。氧化生成一层SiO2

薄膜绝缘层。用光刻工艺腐蚀出两个孔。扩散两个高掺杂的N型区，形成两个PN结。从N型区引出电极，一个是漏极D(Drain，相当于C)，一个是源极S(Source，相当于E)。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为

栅极G(Grid，相当于B)。61N沟道增强型MOSFET的结构栅极G相当于B漏极D相当于C源极S相当于E衬底在内部与源极相连衬底未与源极相连，

D与S可互换。72N沟道增强型MOSFET的工作原理栅源电压UGS对沟道会产生影响漏源电压UDS对沟道产生影响

1．栅源电压UGS的控制作用先令漏源电压UDS=0，加入栅源电压UGS以后并不断增加。

UGS带给栅极正电荷，将正对SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走，形成一层负离子层，即耗尽层，用绿色的区域表示。同时在栅极下的表层感生电子，当电子数量较多时，在漏源之间可形成导电沟道。沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反，称为反型层。此时若加上UDS

，就会有漏极电流ID产生。反型层82N沟道增强型MOSFET的工作原理

1．栅源电压UGS的控制作用

显然改变UGS就会改变沟道，从而影响ID

，这说明UGS对ID的控制作用。当UGS较小时，不能形成有效的沟道，尽管加有UDS

，也不能形成ID

。当增加UGS，使ID刚刚出现时，对应的UGS称为开启电压，用UGS(th)或UT表示。反型层栅源电压UGS对沟道会产生影响漏源电压UDS对沟道产生影响9

2．漏源电压UDS的控制作用

设UGS＞UGS(th)，增加UDS，沟道将发生变化。

显然漏源电压会对沟道产生影响，因为源极和衬底相连接，所以加入UDS后，UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。所以加入UDS后，在漏源之间会形成一个倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。

当UDS进一步增加，ID不断增加,同时，漏端的耗尽层上移，在漏端出现夹断，称为预夹断。预夹断

当UDS进一步增加时，漏端的耗尽层向源极伸展，此时ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夹断区。此时ID只受UGS控制，进入线性放大区。10N沟道增强型MOSFET的特性曲线转移特性曲线漏极输出特性曲线111)

N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如左图所示，它是说明栅源电压UGS对漏极电流ID的控制关系，可用这个关系式来表达，这条特性曲线称为转移特性曲线。121)

N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线

转移特性曲线的斜率gm反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。

gm称为跨导，是场效应三极管的重要参数。单位mS（mA/V）132)漏极输出特性曲线

当UGS＞UGS(th)时，ID=f(UDS)UGS=const称为漏极输出特性曲线。FET作为放大元件使用时，工作在恒流区，UDS对ID的影响很小。但是UGS对ID的控制作用很明显。曲线分五个区域：（1）可变电阻区（2）恒流区（放大区）（3）截止区（4）击穿区（5）过损耗区可变电阻区截止区击穿区过损耗区14从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线。154N沟道耗尽型MOSFET在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。当UGS=0时，这些正离子已经感生出电子形成导电沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。转移特性曲线164N沟道耗尽型MOSFET夹断电压IDSS当UGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。

当UGS＞0时，ID进一步增加。

UGS＜0时，随着UGS的减小ID逐渐减小，直至ID=0。

对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)或UP表示。转移特性曲线17场效应管符号的说明：N沟道增强型MOS管，衬底箭头向里。

漏、衬底和源、分开，表示零栅压时沟道不通。表示衬底在内部没有与源极连接。N沟道耗尽型MOS管。

漏、衬底和源不断开表示零栅压时沟道已经连通。N沟道结型场效应管。没有绝缘层。如果是P沟道，箭头则向外。18双极型晶体管场效应晶体管结构NPN型PNP型

C与E一般不可互换使用绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道结型N沟道P沟道

D与S，有的型号可互换使用载流子多子扩散，少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)1.5.2双极型和场效应型晶体管的比较19双极型晶体管场效