模电 课件 场效应管.ppt

场效应管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。
从场效应管的结构来划分,它有两大类。

(Junction type Field Effect Transister)

( Insulated Gate Field Effect Transister)
IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET
(Metal Oxide Semiconductor FET)
D(Drain)为漏极,相当于c;
G(Gate)为栅极,相当于b;
S(Source)为源极,相当于e。
绝缘栅场效应管
绝缘栅型场效应管MOSFET( Metal Oxide
Semiconductor FET)。分为
增强型 N沟道、P沟道
耗尽型 N沟道、P沟道
(1)N沟道增强型MOSFET
①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,分别是漏极D,和源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表示。源极S 有时要和衬底B 连接。
(动画4-5)
②工作原理

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。
增加VGS,当VGS>VGS(th)
时( VGS(th) 称为开启电压),由于此
时的栅极电压已经比较强,在靠近
栅极下方的P型半导体表层中聚集较
多的电子,可以形成沟道,将漏极
和源极沟通。如果此时加有漏源电
压,就可以形成漏极电流ID。
随着VGS的继续增加,ID将不断增加。
VGS对漏极电流的控制关系可用
ID=f(VGS)VDS=const
这一曲线描述,称为转移特性曲线,。
在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。
VGS对漏极电流的控制特性
——转移特性曲线
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压
对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V,所以
gm也称为跨导。跨导的定义式如下
gm=ID/VGS VDS=const (单位mS) (动画4-6)
ID=f(VGS)VDS=const
场效应管的转移特性可以用下面公式近似表示:
漏极输出特性曲线
当VGS>VGS(th),且固定为某一值时, VDS对ID的影响,
即ID=f(VDS)VGS=const,这一曲线称为漏极输出特性曲线。

(2)N沟道耗尽型MOSFET
当VGS>0时,将使ID进一步增加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。(b)所示。
N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图
(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘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。
(a) 结构示意图(b) 转移特性曲线
N沟道耗尽型MOSFET的结构
和转移特性曲线
(3)P沟道耗尽型MOSFET
P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。