場(chǎng)效應(yīng)極管的學(xué)習(xí)教案

場(chǎng)效應(yīng)極管的學(xué)習(xí)教案第1頁/共25頁2P溝道場(chǎng)效應(yīng)管N+N+P型溝道GSDP溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在P型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號(hào)GDS第2頁/共25頁32、工作原理

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會(huì)變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。第3頁/共25頁4

在漏極與源極間電壓一定時(shí)，漏極電流iD的大小取決于溝道的電阻，當(dāng)材料電阻率和溝道長(zhǎng)度一定時(shí)，溝道的電阻，主要由導(dǎo)電溝道的有效截面積決定，因此，通過改變導(dǎo)電溝道的截面積，就可以控制漏極電流iD的大小。1）溝道電流的可控性iD第4頁/共25頁52）柵源電壓改變溝道大小

當(dāng)漏極與源極之間的電壓不變時(shí)，改變兩個(gè)PN結(jié)耗盡層的大小，就可以控制導(dǎo)電溝道的有效截面積的大小，也就改變溝道的導(dǎo)電能力。在柵極和源極之間加上負(fù)電壓（即uGS

<0），此時(shí)兩個(gè)PN結(jié)均為反向偏置，加大這個(gè)反偏電壓，耗盡層不斷變寬，溝道的導(dǎo)電截面積逐漸減小，溝道電阻就隨之增大，漏極電流iD將減小。當(dāng)減小柵源間的反向偏置電壓時(shí)，漏極電流將增大。這就是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)單工作原理。第5頁/共25頁6改變UGS，改變了PN結(jié)中電場(chǎng)，控制了ID

，故稱場(chǎng)效應(yīng)管；(2)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。3）結(jié)論第6頁/共25頁73、特性曲線轉(zhuǎn)移特性測(cè)試電路(N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例)O

UGSIDIDSSUP兩個(gè)重要參數(shù)飽和漏極電流

IDSS(UGS=0時(shí)的ID)夾斷電壓UP

(ID=0時(shí)的UGS)UDSIDUDDUGGDSGV+V+UGS+mA1）轉(zhuǎn)移特性第7頁/共25頁81）轉(zhuǎn)移特性O(shè)uGS/VID/mAIDSSUP轉(zhuǎn)移特性曲線2）輸出特性當(dāng)柵源之間的電壓UGS不變時(shí)，漏極電流ID與漏源之間電壓UDS

的關(guān)系，即

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：≤≤UGS=0，ID最大；UGS

愈負(fù)，ID愈??；UGS=UP，ID0。第8頁/共25頁9輸出特性有四個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。2）輸出特性IDSSuDS=0時(shí)輸出特性曲線第9頁/共25頁10場(chǎng)效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。UDS=常數(shù)ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V101520250.10.20.30.40.5結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達(dá)107以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。在輸出特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性第10頁/共25頁111.4.2

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)109以上。類型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型UGS=0時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；UGS=0時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。第11頁/共25頁121.N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管(1)結(jié)構(gòu)與符號(hào)

以P型材料為襯底，在其上制作兩個(gè)N型區(qū)（用N+表示），引出兩個(gè)電極作為源極s和漏d，再在表面上覆蓋一層二氧化硅SiO2絕緣層，并在兩個(gè)N+

區(qū)之間的絕緣層外蒸發(fā)一層金屬鋁作柵極g。襯底引出引線B，將它與源極連在一起。圖（b）是其電路符號(hào)，其箭頭的方向表示由P型襯底指向N型溝道。圖(a)圖(b)第12頁/共25頁13(2)工作原理

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用UGS

來控制“感應(yīng)電荷”的多少，改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。UGS=0，或者柵極懸空時(shí)，漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。第13頁/共25頁14工作原理分析P型襯底中的電子被吸引靠近SiO2

與空穴復(fù)合，產(chǎn)生由負(fù)離子組成的耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬。1)

UDS=0，0<UGS<UT第14頁/共25頁152)

UDS=0，UGS≥UT

由于吸引了足夠多的電子，會(huì)在耗盡層和SiO2

之間形成可移動(dòng)的表面電荷層——反型層、N型導(dǎo)電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因?yàn)閁DS=0，所以ID=0。UT

為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。第15頁/共25頁163)

UDS<UGS–UT

，即UGD=UGS–UDS>UT

導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流ID

。4)

UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。第16頁/共25頁175)UDS>UGS–UT，

UGD<UT

由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，ID因而基本不變。第17頁/共25頁18(3)特性曲線a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性UGS<UT，ID=0；

UGS≥UT，形成導(dǎo)電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。(當(dāng)UGS>UT

時(shí))

四個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)(或飽和區(qū))、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。第18頁/共25頁192、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場(chǎng)在P型襯底中“感應(yīng)”負(fù)電荷，形成“反型層”。即使UGS=0也會(huì)形成N型導(dǎo)電溝道。

UGS=0，UDS>0，產(chǎn)生較大的漏極電流；

UGS<0，絕緣層中正離子感應(yīng)的負(fù)電荷減少，導(dǎo)電溝道變窄，ID

減?。?/p>

UGS=-UP,感應(yīng)電荷被“耗盡”，ID

0。UP

稱為夾斷電壓第19頁/共25頁20N溝道耗盡型MOS管特性工作條件：uDS>0；uGS

正、負(fù)、零均可。sgdB(a)轉(zhuǎn)移特性(b)輸出特性(c)符號(hào)第20頁/共25頁211.4.3

場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1、直流參數(shù)(1)飽和漏極電流

IDSS(2)夾斷電壓UP(3)開啟電壓UT(4)直流輸入電阻RGS為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。輸入電阻很高。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一般在107以上，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管更高，一般大于109。第21頁/共25頁222、交流參數(shù)(1)低頻跨導(dǎo)gm(2)極間電容

用以描述柵源之間的電壓UGS

對(duì)漏極電流ID

的控制作用。單位：ID毫安(mA)；UGS

伏(V)；gm毫西門子(mS)

這是場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容，包括CGS、CGD、CDS。

極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個(gè)皮法。第22頁/共25頁233、極限參數(shù)(1)漏極最大允許耗散功率PDM(2)漏源擊穿電壓U(BR)DS(3)柵源擊穿電壓U(BR)GS