單極型三極管

01MOS管的基本結(jié)構(gòu)MOS管的工作原理及注意事項(xiàng)02單極型三極管單極型三極管單極型三極管只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電而命名之。單極型三極管又是利用電場(chǎng)控制半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動(dòng)的一種有源器件，因此又稱之為場(chǎng)效應(yīng)管。目前場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用得最多的是以二氧化硅作為絕緣介質(zhì)的金屬—氧化物—半導(dǎo)體絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，這種場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱為CMOS管。與雙極型晶體管相比，單極型三極管除了具有雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有輸入阻抗高、動(dòng)態(tài)范圍大、熱穩(wěn)定性能好、抗輻射能力強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)場(chǎng)效應(yīng)管的發(fā)展得非常迅速，很多場(chǎng)合取代了雙極型晶體管，特別時(shí)大規(guī)模集成電路，大都由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成。01MOS管的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，一般可分為兩大類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。MOS管的基本結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)N溝道管結(jié)構(gòu)圖及電路圖符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)P溝道管結(jié)構(gòu)圖及電路圖符號(hào)

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中，目前常用的是以二氧化硅SiO2作為金屬鋁柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層，簡(jiǎn)稱MOS管。它有N溝道和P溝道兩類，而每一類又分增強(qiáng)型和耗盡型兩種。所謂增強(qiáng)型就是UGS＝0時(shí)，漏源之間沒(méi)有導(dǎo)電溝道，即使在漏源之間加上一定范圍內(nèi)的電壓，也沒(méi)有漏極電流；反之，在UGS=0時(shí)，漏源之間存在有導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型。MOS管的基本結(jié)構(gòu)左圖是N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)圖：一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅片作為襯底B，在其中擴(kuò)散兩個(gè)N+區(qū)作為電極，分別稱為源極S和漏極D。半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，在漏源極間的絕緣層上再制造一層金屬鋁，稱為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管。顯然它的柵極與其它電極間是絕緣的。02MOS管的工作原理及注意事項(xiàng)怎樣才能產(chǎn)生導(dǎo)電溝道呢？在G、S間加正電壓，即柵極、襯底間加UGS（與源極連在一起），由于二氧化硅絕緣層的存在，故沒(méi)有電流。但是金屬柵極被充電而聚集正電荷。

P型襯底中的多子空穴被正電荷構(gòu)成的電場(chǎng)排斥向下運(yùn)動(dòng)，在表面留下帶負(fù)電的受主離子，形成耗盡層。隨著G、S間正電壓的增加，耗盡層加寬。

當(dāng)UGS增大到一定值時(shí)，襯底中的少子電子被正電荷吸引到表面，在耗盡層和絕緣層之間形成了一個(gè)N型薄層，這個(gè)反型層構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時(shí)的UGS稱為開(kāi)啟電壓UT。UGS繼續(xù)增加，襯底表面感應(yīng)電子增多，導(dǎo)電溝道加寬，但耗盡層的寬度卻不再變化。即用UGS的大小可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。MOS管的工作原理及注意事項(xiàng)MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)管子在出廠前已連接好)，且N溝道增強(qiáng)型MOS管不存在原始溝道。因此，當(dāng)UGS=0

時(shí)，增強(qiáng)型MOS管的漏源之間相當(dāng)于有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，所以即使在D、S間加上電壓，無(wú)論UDD的極性如何，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通，ID=0。PＮ＋結(jié)

UDD

－＋P型硅襯底PDSGN＋N＋PＮ＋結(jié)UGS++++++++耗盡層導(dǎo)電溝道

N溝道增強(qiáng)型MOS管圖符號(hào)

P溝道增強(qiáng)型MOS管圖符號(hào)

MOS管的工作原理及注意事項(xiàng)MOS管輸出電流受輸入電壓控制的特性由上述分析可知，N溝道增強(qiáng)型MOS管在UGS＜UT時(shí)，導(dǎo)電溝道不能形成，ID=0，這時(shí)管子處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)UGS=UT時(shí)，導(dǎo)電溝道開(kāi)始形成，此時(shí)若在漏源極間加正向電壓UDD，就會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生，管子開(kāi)始導(dǎo)通；UGS>UT時(shí)，隨著UGS的增大，導(dǎo)電溝道逐漸變寬，溝道電阻漸小，漏極電流ID漸大。這種漏極電流ID隨柵極電位UGS的變化而變化的關(guān)系，稱為MOS管的壓控特性。MOS管使用注意事項(xiàng)P襯底應(yīng)接低電位，N襯底應(yīng)接高電位；當(dāng)源極電位很高或很低時(shí)，應(yīng)與襯底相連。通常漏極和源極可以互換，若出廠時(shí)源極和襯底相連，應(yīng)注意漏、源極則不能對(duì)調(diào)MOS管的柵源電壓不能接反，但可在開(kāi)路狀態(tài)下保存。MOS管的襯底應(yīng)與電路中最低電位相連。應(yīng)特別注意：MOS在不使用時(shí)柵極不能懸空，務(wù)必將各電極短接！焊接MOS管時(shí)，應(yīng)斷電后再焊。顯然，MOS管是一種受電壓控制的電流放大部件。

MOS管的工作原理及注意事項(xiàng)單極型晶體管和雙極型晶體管的性能比較場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本上不取電流，而晶體管工作時(shí)基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號(hào)源取極小量電流的情況下，應(yīng)該選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用晶體管進(jìn)行放大可以得到比場(chǎng)效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場(chǎng)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）變化比較劇烈的情況下，選用場(chǎng)效應(yīng)管比較合適。場(chǎng)效應(yīng)管的源極和襯底通常是連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣柵型管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比晶體管強(qiáng)；而晶體管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，值將減小很多。與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)較小，所以在低噪聲放大器的前級(jí)通常選用場(chǎng)效應(yīng)管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)信噪比是主要矛盾時(shí)，還應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管都可以