场效应晶体管.doc

场效应晶体管:英文名称为FieldEffectTransistor,缩写为FET,简称场效应管。各类场效应管根据其沟道所采用的半导体材料,可分为N型沟道和P型沟道两种。所谓沟道,就是电流通道。半导体的场效应,是在半导体表面的垂直方向上加一电场时,电子和空穴在表面电场作用下发生运动,半导体表面载流子的重新分布,因而半导体表面的导电能力受到电场的作用而改变,即改变为加电压的大小和方向,可以控制半导体表面层中多数载流子的浓度和类型,或控制PN结空间电荷区的宽度,这种现象称半导体的场效应。  场效应管属于电压控制元件,这一点类似于电子管的三极管,但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的,与双极型晶体管相比,场效应晶体管具有如下特点: (1)输入阻抗高; (2)输入功耗小; (3)温度稳定性好; (4)信号放大稳定性好,信号失真小; (5)由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低。根据构造和工艺的不同,场效应管分为结型和绝缘型两大类。结型场效应管图十一(a)是结型场效应管的结构示意图。图十一(b)是N型导电沟道结型场效应管的电路符号。    在两个高掺杂的P区中间,夹着一层低掺杂的N区(N区一般做得很薄),形成了两个PN结。在N区的两端各做一个欧姆接触电极,在两个P区上也做上欧姆电极,并把这两个P区连起来,就构成了一个场效应管。从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D,从两个P区引出的电极叫栅极G,很薄的N区称为导电沟道。绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种,我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管,在正常情况下断开的称增强型效应管。增强型场效应管特点:当Vgs=0时Id(漏极电流)=0,只有当Vgs增加到某一个值时才开始导通,有漏极电流产生。并称开始出现漏极电流时的栅源电压Vgs为开启电压。耗尽型场效应管的特点,它可以在正或负的栅源电压(正或负偏压)下工作,而且栅极上基本无栅流(非常高的输入电阻)。结型栅场效应管应用的电路可以使用绝缘栅型场效应管,但绝缘栅增强型场效管应用的电路不能用结型栅场效应管代替。  在结型场效应管中,栅极和沟道间的PN结是反向偏置的,所以输入电阻很大。但PN结反偏时总会有一些反向电流存在,这就限制了输入电阻的进一步提高。如果在栅极与沟道间用一绝缘层隔开,便制成了绝缘栅型场效应管,其输入电阻可提高到。根据绝缘层所用材料之不同,绝缘栅场效应管有多种类型,目前应用最广泛的一种是以二氧化硅(SiO2)为绝缘层的金属一氧化物一半导体(Meial-Oxide-Semiconductor)场效应管,简称MOS场效应管(MOSFET)。它也有N沟道和P沟道两类,每类按结构不同又分为增强型和耗尽型。    一、增强型MOS管        图Z0125是N沟道增强型MOS管的结构示意图和符号。它是在一块P型硅衬底上,扩散两个高浓度掺杂的N+区,在两个N+区之间的硅表面上制作一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,然后在SiO2和两个N型区表面上分别引出三个电极,称为源极s、栅极g和漏极d。在其图形符号中,箭头表示漏极电流的实际方向。        绝缘栅场效应管的导电机理是,利用UGS控制"感应电荷"的多少来改变导电沟道的宽窄,从而控制漏极电流ID。若UGS=0时,源、漏之间不存在导电沟道的为