模電第講場效應(yīng)管

模電第講場效應(yīng)管第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月MOS場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)三極管JFET絕緣柵型場效應(yīng)三極管IGFET分類N溝道P溝道第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)G－柵極（基極）S－源極（發(fā)射極）D－漏極（集電極）在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個PN結(jié)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。P區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理以N溝道PN結(jié)結(jié)型FET為例正常放大時外加偏置電壓的要求問題：如果是P溝道，直流偏置應(yīng)如何加？VGS<0，使柵極PN結(jié)反偏，iG=0。VDS>0，使形成漏電流iD。第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月柵源電壓對溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時，在漏、源之間加有一定電壓時，在漏源間將形成多子的漂移運(yùn)動，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)VGS＜0時，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，漏源間的溝道將變窄，ID將減小。VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時所對應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP。第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月漏源電壓對溝道的控制作用當(dāng)VGS=0,VDS=0時，漏電流ID=0當(dāng)VGS=0,VDS增大時，漏電流ID也增大。此時由于存在溝道電阻，將使溝道內(nèi)電位分布不均勻，其中d端與柵極間的反壓最高，沿著溝道向下逐漸降低，源端最低，從而使耗盡層成楔形分布。

當(dāng)VDS繼續(xù)增大到使VGS-VDS=VP時，d端附近的溝道被夾斷，這稱為“預(yù)夾斷”。

出現(xiàn)預(yù)夾斷后，當(dāng)VDS繼續(xù)增大時，夾斷長度會自上向下延伸，但從源極到夾斷處的溝道上溝道電場基本不隨VDS變化，ID基本不隨VDS增加而上升，趨于飽和值。第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月特性曲線

(b)N溝道結(jié)型FET轉(zhuǎn)移特性曲線N溝道結(jié)型FET輸出特性曲線第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道二、絕緣柵型場效應(yīng)管金屬氧化物半導(dǎo)體三極管第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月MOS管結(jié)構(gòu)以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例G－柵極（基極）S－源極（發(fā)射極）D－漏極（集電極）B－襯底N溝道增強(qiáng)型MOSFET基本上是一種左右對稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2

薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月MOS管工作原理以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例正常放大時外加偏置電壓的要求問題：如果是P溝道，直流偏置應(yīng)如何加？第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月柵源電壓VGS對iD的控制作用VGS<VTN時（VTN

稱為開啟電壓)VGS＞VTN時(形成反型層)當(dāng)VGS=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。0＜VGS＜VTN時，SiO2中產(chǎn)生一垂直于表面的電場，P型表面上感應(yīng)出現(xiàn)許多電子，但電子數(shù)量有限,不能形成溝道。當(dāng)VGS＞VTN時，由于此時柵壓較強(qiáng)，P型半導(dǎo)體表層中將聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極連通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在漏源電壓作用下開始導(dǎo)電時（即產(chǎn)生iD）的柵源電壓為開啟電壓VT

在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子，因與P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子空穴極性相反，故稱為反型層。第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月漏源電壓VDS對iD的控制作用VGS＞VT后,外加的VDS較小時，ID將隨著VDS的增加而增大。當(dāng)VDS繼續(xù)增加時，由于溝道電阻的存在，溝道上將產(chǎn)生壓降，使得電位從漏極到源極逐漸減小，從而使得SiO2層上的有效柵壓從漏極到源極增大，反型層中的電子也將從源極到漏極逐漸減小。

當(dāng)VDS大于一定值后，SiO2層上的有效柵壓小于形成反型層所需的開啟電壓，則靠近漏端的反型層厚度減為零，出現(xiàn)溝道夾斷，ID將不再隨VDS的增大而增大，趨于一飽和值。

第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)移特性曲線iD=f(vGS)VDS=const輸入電壓與輸出電流間的關(guān)系曲線，對于共源電路，即：調(diào)制系數(shù)第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出特性曲線輸出電壓與輸出電流間的關(guān)系曲線，對于共源電路，即：iD=f(vDS)VGS=const第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月N溝道耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)VGS=0時，這些正離子已經(jīng)在P型表面感應(yīng)出反型層，在漏源之間形成了溝道。于是只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。轉(zhuǎn)移特性曲線第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月耗盡型與增強(qiáng)型MOS管的差異耗盡型：當(dāng)VGS＝0

時，存在導(dǎo)電溝道，ID≠0

增強(qiáng)型：當(dāng)VGS＝0

時，沒有導(dǎo)電溝道，ID＝0

電路符號第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月PMOS場效應(yīng)管PMOS管結(jié)構(gòu)和工作原理與NMOS管類似，但正常放大時所外加的直流偏置極性與NMOS管相反。PMOS管的優(yōu)點是工藝簡單，制作方便；缺點是外加直流偏置為負(fù)電源，難與別的管子制作的電路接口。PMOS管速度較低，現(xiàn)已很少單獨使用，主要用于和NMOS管構(gòu)成CMOS電路。第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管P溝道增強(qiáng)型

各類場效應(yīng)三極管的特性曲線第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應(yīng)管參數(shù)開啟電壓VGS(th)(或VT)開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。夾斷電壓VGS(off)(或VP)夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off)時,漏極電流為零。第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應(yīng)管參數(shù)當(dāng)VGS=0時，VDS>|VP|時所對應(yīng)的漏極電流。輸入電阻RGSMOS管由于柵極絕緣，所以其輸入電阻非常大，理想時可認(rèn)為無窮大。飽和漏極電流IDSS第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應(yīng)管參數(shù)低頻跨導(dǎo)指漏極電流變化量與柵壓變化量的比值，可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取。最大漏極功耗PDM最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。低頻跨導(dǎo)gm以MOS管為例第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月BJT與FET的比較雙極型三極管場效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)NPN型，PNP型C與E不可倒置使用結(jié)型耗盡型：N溝道P溝道絕緣柵增強(qiáng)型：N溝道P溝道絕緣柵耗盡型：N溝道P溝道D與S可倒置使用載流子多子、少子均參與導(dǎo)電多子參與導(dǎo)電輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流電壓控制電流第2