MOSFET結(jié)構(gòu)及理論教程,動(dòng)態(tài)特性

1、結(jié)構(gòu)及工作原理，動(dòng)態(tài)特性:（金屬氧化物半導(dǎo)體），（場效應(yīng)晶體管），即以金屬層（）的柵極隔著氧化層（）利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體（）的場效應(yīng)晶體管。的種類按導(dǎo)電溝道可分為溝道和溝道。電路符號(hào)如下圖所示：（b） N溝道増強(qiáng)型忖05管代表符號(hào)（c） P溝道増強(qiáng)型M05管代表符號(hào)下圖是典型平面溝道增強(qiáng)型的剖面圖。它用一塊型硅半導(dǎo)體材料作襯底（圖），在其面上擴(kuò)散了兩個(gè)型區(qū)（圖），再在上面覆蓋一層二氧化硅絕緣層（圖），最后在區(qū)上方用腐蝕的方法做成兩個(gè)孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個(gè)孔內(nèi)做成三個(gè)電極：（柵極）、（源極）及（漏極），如圖所示。從圖中可以看出柵極與漏極及源極是絕緣的，與之間有兩個(gè)結(jié)。圖：通

2、常，漏極與電源正極連接，源極與電源負(fù)極連接。在未加?xùn)艠O電壓時(shí)，漏極與源極的溝道有兩個(gè)背靠背 的結(jié)，所以漏極電流幾乎為零。當(dāng)柵極與源極之間加上正電壓但是，金屬柵極被充電而聚集起正電荷，正電荷建立起的電場排斥靠近底面下的型半導(dǎo)體中的空穴，形成耗盡層。如果柵極電壓進(jìn)一步加大，直到（開啟電壓）時(shí)，由于電場足夠強(qiáng)，不僅會(huì)把型半導(dǎo)體表面的空穴趕走，而且還會(huì)吸引一定數(shù)量的電子聚集在兩個(gè)區(qū)之間。越大，積累的電子越多。這種作用使得與交界面處的襯底由型轉(zhuǎn)化為型，這個(gè)感應(yīng)生成的型半導(dǎo)體薄層稱為反型層。由于反型層的出現(xiàn)，使得原來的結(jié)消失，并且在漏極與源極之間搭建起型導(dǎo)電溝道。這時(shí)在漏極電壓D的作用下，電子就會(huì)自源極經(jīng)

3、溝道電阻流向漏極，使外電路中產(chǎn)生的漏極電流越大，感應(yīng)生成的N型導(dǎo)電溝道越深，因而ID越大，因此稱之為N型導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管當(dāng) > 時(shí)，導(dǎo)電溝道已經(jīng)形成。在DS間外加正向電壓后，漏極電流沿溝道產(chǎn)生電壓降，使溝道上各點(diǎn)與柵極之間的 電壓不再相等，該電壓削弱了柵極中正電荷電場的作用，使溝道從源極到漏極逐漸變窄。當(dāng)增大到某一數(shù)值，夾 斷區(qū)向源極方向延伸，而夾斷溝道電流達(dá)到飽和不再變化。圖:F圖為溝道增強(qiáng)型管特性曲線預(yù)北斷點(diǎn)軌匹” VGS3VG£1I0琵上叵卩宓 可變電阻區(qū)，在該區(qū)里比較小，溝通電阻隨柵壓而改變，故 稱為可變電阻區(qū)。當(dāng) 柵壓一定時(shí)， 溝通電阻為定值，隨近似線性增大，當(dāng)

4、V時(shí)，漏源極間電阻很大（關(guān)斷）。當(dāng)時(shí)，漏源極間電 阻很小（導(dǎo)通）。這一特性使場效應(yīng)管具有開關(guān)作用。飽和區(qū)，當(dāng)漏極電壓繼續(xù)增大到時(shí)， 漏極電流，達(dá)到了飽和值后基本保持不變，在這里，對(duì)于不同的漏極特性曲線近似平行線， 即與成線性關(guān)系，故又稱線性放大區(qū)。擊穿區(qū)如果繼續(xù)增加，以至超過了結(jié)所能承受的電 壓而被擊穿，漏極電流將突然增大。基于漏極導(dǎo)通區(qū)特性理解開關(guān)過程中心議題：基于功率的柵極電荷特性的過程基于功率的導(dǎo)通區(qū)特性的開關(guān)過程解決技術(shù)指導(dǎo)文件：功率動(dòng)態(tài)經(jīng)過是關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū)和可變區(qū)工作于放大狀態(tài)，電流為電壓和跨導(dǎo)乘積本文先介紹了基于功率的柵極電荷特性的開關(guān)過程。然后介紹了一種更直觀明析的理解功率開關(guān)過

5、程的方法：基于功率的導(dǎo)通區(qū)特性的開 關(guān)過程，并詳細(xì)闡述了其開關(guān)過程。開關(guān)過程中，功率動(dòng)態(tài)的經(jīng)過是關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū)和可變電阻區(qū)的過程。在跨越恒流區(qū)時(shí)，功率漏極的 電流和柵極電壓以跨導(dǎo)為正比例系列，線性增加。米勒平臺(tái)區(qū)對(duì)應(yīng)著最大的負(fù)載電流。可變電阻區(qū)功率漏極減小到額定的值。的柵極電荷特性與開關(guān)過程盡管在開關(guān)電源、電機(jī)控制等一些電子系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，但是許多電子施工全過程管理人員并沒有十分 清楚的理解開關(guān)過程，以及在開關(guān)過程中所處的狀態(tài)。一般來說，電子施工全過程管理人員通?；跂艠O電荷理解的開通的過程，如圖所 示。此圖在數(shù)據(jù)表中可以查到。-I 圖柵極電荷特性的和極加電壓為，當(dāng)驅(qū)動(dòng)開通脈沖加到的和極

6、時(shí)，輸入充電，和極電壓線性上升并到達(dá)門檻電壓（），上升到（）之前漏極電流-沒有漏極電流流過，的電壓保持不變。當(dāng)?shù)竭_(dá)（）時(shí)，漏極開始流過電流，然后繼續(xù)上升，也逐漸上升，仍然保持。當(dāng)?shù)竭_(dá)米勒平臺(tái)電壓（）時(shí)，也上升到負(fù)載電流最大值，的電壓開始從下降。米勒平臺(tái)期間，電流維持，電壓不斷降低。米勒平臺(tái)結(jié)束時(shí)刻，電流仍然維持，電壓降低到一個(gè)較低的值。米勒平臺(tái)結(jié)束后，電流仍然維持，電壓繼續(xù)降低，但此時(shí)降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后穩(wěn)定在X）。因此通?？梢哉J(rèn)為米勒平臺(tái)結(jié)束后基本上已經(jīng)導(dǎo)通。對(duì)于上述的過程，理解難點(diǎn)在于為什么在米勒平臺(tái)區(qū)，的電壓恒定？驅(qū)動(dòng)電路仍然對(duì)柵極提供驅(qū)動(dòng)電流，仍然對(duì)柵極電容充電，

7、為什么柵 極的電壓不上升？而且柵極電荷特性對(duì)于形象的理解的開通過程并不直觀。因此，下面將基于漏極導(dǎo)通特性理解開通過程。的漏極導(dǎo)通特性與開關(guān)過程的漏極導(dǎo)通特性如圖所示。與一樣，當(dāng)應(yīng)用于放大電路時(shí)，通常要使用此曲線研究其放大特性。只是三極管使 用的基極電流、集電極電流和放大倍數(shù)，而使用柵極電壓、漏極電流和跨導(dǎo)。圖的漏極導(dǎo)通特性有三個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，對(duì)應(yīng)是關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū)和可變區(qū)。注意：恒流區(qū)有時(shí)也稱飽和區(qū)或放大區(qū)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)開通脈沖加 至曲勺和極時(shí)，的電壓逐漸升高時(shí)，的開通軌跡如圖中的路線所示。圖的開通軌跡開通前，起始工作點(diǎn)位于圖的右下角點(diǎn)，的電壓為，的電壓逐漸升高，電流為，的電壓達(dá)到（

8、），電流從開始逐漸增大。就是的電壓從（）增加到（）的過程。從到點(diǎn)的過程中，可以非常直觀的發(fā)現(xiàn)，此過程工作于的恒流區(qū)，也就是電壓和電流自動(dòng)找平衡的過程, 即電壓的變化伴隨著電流相應(yīng)的變化，其變化關(guān)系就是的跨導(dǎo)：跨導(dǎo)可以在數(shù)據(jù)表中查到。當(dāng)電流達(dá)到負(fù)載的最大允許電流時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的柵級(jí)電壓。由于此時(shí)電流恒定，因此柵極電壓也恒定不變，見圖中的，此時(shí)處于相對(duì)穩(wěn)定 的恒流區(qū)，工作于放大器的狀態(tài)。開通前，的電壓為，為負(fù)壓，進(jìn)入米勒平臺(tái)，的負(fù)電壓絕對(duì)值不斷下降，過后轉(zhuǎn)為正電壓。驅(qū)動(dòng)電路的電流絕大部分流過，以掃除米勒的 電荷，因此柵極的電壓基本維持不變。電壓降低到很低的值后，米勒電容的電荷基本上被掃除，即圖中的點(diǎn)，于是，柵極的電壓在驅(qū)動(dòng)電 流的充電下又開始升高，如圖中的，使進(jìn)一步完全導(dǎo)通。為可變電阻區(qū)，相