湖南大學(xué)微電子電路期末?？碱},老師給結(jié)型

1、2.5.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管2.5.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù)2.5.4 場效應(yīng)管與晶體管的比較場效應(yīng)管與晶體管的比較 2.5.2 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管n場效應(yīng)晶體管于場效應(yīng)晶體管于1925年由年由Julius Edgar Lilienfeld和于和于1934年由年由Oskar Heil分別發(fā)明分別發(fā)明n實(shí)用的器件一直到實(shí)用的器件一直到1952年才被制造出來（結(jié)型場效年才被制造出來（結(jié)型場效應(yīng)管，應(yīng)管，Junction-FET，JFET）。）。n1960年年Dawan Kahng發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體場發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（效應(yīng)晶體管（Metal

2、-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），從而大部分），從而大部分代替了代替了JFET，對電子行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。，對電子行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。 場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的流子的N溝道器件和空穴作為載流子的溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。溝道器件。 從場效應(yīng)

3、三極管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有兩大類。 1.結(jié)型場效應(yīng)三極管JFET (Junction type Field Effect Transister) 2.絕緣柵型場效應(yīng)三極管IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) IGFET也稱金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：2.5 結(jié)型場效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)

4、工作原理 輸出特性 轉(zhuǎn)移特性 主要參數(shù) 一、 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 二、 JFET的特性曲線及參數(shù) 結(jié)構(gòu) 2.5.1 結(jié)型場效應(yīng)三極管結(jié)型場效應(yīng)三極管2.5.1 結(jié)型場效應(yīng)三極管結(jié)型場效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 它是在它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)擴(kuò)散高濃度型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)擴(kuò)散高濃度P離子區(qū)，形離子區(qū)，形成兩個成兩個PN結(jié)夾著一個結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。型溝道的結(jié)構(gòu)。 P區(qū)即為區(qū)即為柵極柵極，N型硅的一端是型硅的一端是漏極漏極，另一端是，另一端是源極源極。 導(dǎo)電溝道： 漏源之間的非耗盡層區(qū)域?！?”代表這個區(qū)域?yàn)楦邠诫s濃度區(qū)域（代表這個區(qū)域?yàn)楦邠诫s濃度區(qū)域（heavily doped region

5、），也就是此區(qū)），也就是此區(qū)的電子濃度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。的電子濃度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。 源極源極，用用S或或s表示表示N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道漏極漏極，用用D或或d表示表示 P型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)柵極柵極，用用G或或g表示表示柵極柵極，用用G或或g表示表示符號符號符號符號 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)： 一、結(jié)型場效應(yīng)三極管的工作原理一、結(jié)型場效應(yīng)三極管的工作原理根據(jù)結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)，只能工作在反偏的條件下， N溝道結(jié)型場效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓（uGS0，實(shí)現(xiàn)柵源電壓對漏極電流的控制?，F(xiàn)以N溝道為例說明其工作原理。1、柵源電壓對溝道的控制作用 uDS=0，uGS對導(dǎo)電溝道的控制

6、：對導(dǎo)電溝道的控制：uGS=0，導(dǎo)電溝道寬；，導(dǎo)電溝道寬；uGS0，漏、源間將形成多子的漂移運(yùn)動，產(chǎn)生漏 極電流iD，（負(fù)值）uGD=uGS-uDS將隨之變化（減?。?靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從左至右呈楔形 分布，如圖所示。l當(dāng)當(dāng)uDS增加，增加，uGD反偏電壓增加，反偏電壓增加，溝道電阻溝道電阻取決于（柵源電取決于（柵源電壓一定）壓一定）uGS，iD隨隨uDS線性增大，漏源間呈線性增大，漏源間呈電阻特性電阻特性。l（負(fù)值）（負(fù)值）uGD=（負(fù)值）（負(fù)值）U GS(off)時，靠漏極處出現(xiàn)時，靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷預(yù)夾斷，如圖如圖 (b)所示。當(dāng)所示。當(dāng)uDS繼續(xù)增加，漏極處的夾斷繼續(xù)

7、向源繼續(xù)增加，漏極處的夾斷繼續(xù)向源極方向生長延長。極方向生長延長。l（負(fù)值）（負(fù)值）uGD （負(fù)值）（負(fù)值）U GS(off)時，溝道夾斷使時，溝道夾斷使iD減小減小；漏；漏源間電場使源間電場使iD增大增大。 則則uDS變化變化iD幾乎不變，只與幾乎不變，只與uGS有關(guān)。有關(guān)。恒流恒流特性。特性。（以（以N溝道溝道JFET為例）為例）3、uGS和uDS同時作用時當(dāng)uGDU GS(off)時， uGS對對iD的影響：的影響： 導(dǎo)電溝道夾斷，漏電流對應(yīng)柵源電壓。實(shí)現(xiàn)電壓控制電流。 對于同樣的uDS ， iD的值隨uGS減小而減小。 對應(yīng)電流放大系數(shù)是低頻跨導(dǎo)gm。uGD=uGS-uDS U GS(

8、off) 綜上分析可知綜上分析可知 溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。 JFET是電壓控制電流器件，iD受uGS控制 預(yù)夾斷前iD與uDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。 JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此iG0，輸入電阻很高。 JFET的特性曲線有兩條，一是轉(zhuǎn)移特性曲線，的特性曲線有兩條，一是轉(zhuǎn)移特性曲線，二是輸出特性曲線。它與二是輸出特性曲線。它與MOSFET的特性曲線基本的特性曲線基本相同，相同， MOSFET的柵壓的柵壓可正、可負(fù)可正、可負(fù)， 結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)型場效應(yīng)三極管的柵壓柵壓只能是只能是P溝道的為正或溝道的為正或N溝

9、道溝道的為負(fù)。的為負(fù)。二、二、 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù)二、二、 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù)const.DSDGS)(Uufi2. 轉(zhuǎn)移特性 const.GSDDS)(Uufi)0()1 (GSGS(off)2GS(off)GSDSSDuUUuIi1. 輸出特性 可變電阻區(qū)：可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷軌跡、近似直線、斜率的倒數(shù)為等效預(yù)夾斷軌跡、近似直線、斜率的倒數(shù)為等效 電阻、柵源電壓控制漏電流。電阻、柵源電壓控制漏電流。恒流區(qū)：恒流區(qū)：放大區(qū)、近似一組平行線、柵源電壓控制放大區(qū)、近似一組平行線、柵源電壓控制 漏電流、溝道調(diào)制效應(yīng)。漏電流、溝道調(diào)制效應(yīng)。夾斷區(qū)：夾斷區(qū)：靠

10、近橫軸、漏電流對應(yīng)某一微小電流。靠近橫軸、漏電流對應(yīng)某一微小電流。擊穿區(qū)：擊穿區(qū)：漏源電壓過大。漏源電壓過大。 輸出特性曲線可對應(yīng)畫出轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線可對應(yīng)畫出轉(zhuǎn)移特性曲線。場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn)場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn) n1.場效應(yīng)管的源極場效應(yīng)管的源極s、柵極、柵極g、漏極、漏極d分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極極e、基極、基極b、集電極、集電極c，它們的作用相似。，它們的作用相似。 n2.場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由vGS控制控制iD，其放大系數(shù)，其放大系數(shù)gm一般較小，因此場效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流一般較小，

11、因此場效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流控制電流器件，由控制電流器件，由iB（或（或iE）控制）控制iC。 n3.場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時基極總要吸取場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時基極總要吸取一定的電流。因此場效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。一定的電流。因此場效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。 n4.場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)

12、境條場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管。件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管。場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn)場效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn) n5.場效應(yīng)管在源極與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使場效應(yīng)管在源極與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時，用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時，其特性差異很大，其特性差異很大，b值將減小很多。值將減小很多。 n6.場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。 n7.場效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開路電路，但由場效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開路電路，但由于前者制造工藝簡單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源于前者制造工藝簡單，且具有耗電少，