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文档简介
§2.3MOS场效应晶体管场效应管结型场效应三极管JFET绝缘栅型场效应三极管IGFETJunctiontypeFieldEffectTransistorInsulatedGateFieldEffectTransistor分类N沟道P沟道金属氧化物半导体三极管MOSFET-
MetalOxideSemiconductorFET增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道MOS管结构动画2-3以N沟道增强型MOS管为例G-栅极(基极)S-源极(发射极)D-漏极(集电极)B-衬底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型区引出电极栅源电压VGS对iD的控制作用VGS<VTN时(VTN
称为开启电压)VGS>VTN时(形成反型层)(动画2-4)当VGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。0<VGS<VTN时,SiO2中产生一垂直于表面的电场,P型表面上感应出现许多电子,但电子数量有限,不能形成沟道。当VGS>VTN时,由于此时栅压较强,P型半导体表层中将聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极连通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在漏源电压作用下开始导电时(即产生iD)的栅源电压为开启电压VT
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。漏源电压VDS对iD的控制作用(动画2-5)VGS>VT后,外加的VDS较小时,ID将随着VDS的增加而增大。当VDS继续增加时,由于沟道电阻的存在,沟道上将产生压降,使得电位从漏极到源极逐渐减小,从而使得SiO2层上的有效栅压从漏极到源极增大,反型层中的电子也将从源极到漏极逐渐减小。
当VDS大于一定值后,SiO2层上的有效栅压小于形成反型层所需的开启电压,则靠近漏端的反型层厚度减为零,出现沟道夹断,ID将不再随VDS的增大而增大,趋于一饱和值。
转移特性曲线iD=f(vGS)VDS=const输入电压与输出电流间的关系曲线,对于共源电路,即:调制系数N沟道耗尽型MOS管结构示意图在栅极下方的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。转移特性曲线耗尽型与增强型MOS管的差异耗尽型: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PMOS场效应管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。工作原理以N沟道PN结结型FET为例正常放大时外加偏置电压的要求问题:如果是P沟道,直流偏置应如何加?VGS<0,使栅极PN结反偏,iG=0。VDS>0,使形成漏电流iD。栅源电压对沟道的控制作用(动画2-9)当VGS=0时,在漏、源之间加有一定电压时,在漏源间将形成多子的漂移运动,产生漏极电流。当VGS<0时,PN结反偏,形成耗尽层,漏源间的沟道将变窄,ID将减小。VGS继续减小,沟道继续变窄,ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP。漏源电压对沟道的控制作用当VGS=0,VDS=0时,漏电流ID=0当VGS=0,VDS增大时,漏电流ID也增大。此时由于存在沟道电阻,将使沟道内电位分布不均匀,其中d端与栅极间的反压最高,沿着沟道向下逐渐降低,源端最低,从而使耗尽层成楔形分布。
当VDS继续增大到使VGS-VDS=VP时,d端附近的沟道被夹断,这称为“预夹断”。
出现预夹断后,当VDS继续增大时,夹断长度会自上向下延伸,但从源极到夹断处的沟道上沟道电场基本不随VDS变化,ID基本不随VDS增加而上升,趋于饱和值。N沟道增强型绝缘栅场效应管P沟道增强型
各类场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管
各类场效应三极管的特性曲线N沟道耗尽型P沟道耗尽型结型场效应管
各类场效应三极管的特性曲线N沟道P沟道场效应管参数
当VGS=0时,VDS>|VP|时所对应的漏极电流。输入电阻RGSMOS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。饱和漏极电流IDSS场效应管参数低频跨导指漏极电流变化量与栅压变化量的比值,可以在转移特性曲线上求取。最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM=VDSID决定,与双极型三极管的PCM相当。低频跨导gm以MOS管为例BJT与FET的比较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沟道绝缘栅
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