第一章-半导体器件-半导体场效应管..ppt

1.3 半导体场效应管半导体场效应管（（Field Effect Transister ,FET) 一、结型场效应管一、结型场效应管二、绝缘栅场效用管二、绝缘栅场效用管三、三、FET的分类的分类四、电路模型四、电路模型一、结型场效应管一、结型场效应管1 1、结构、结构dsgNN N沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+对应三极对应三极管发射极管发射极对应基极对应基极对应集电极对应集电极2 2、电压对电流的控制作用、电压对电流的控制作用gdsN型型沟沟道道P+P+利用利用PNPN结的反偏电压有结的反偏电压有效控制导电沟道的宽度，效控制导电沟道的宽度，从而有效控制电流从而有效控制电流沟道最宽沟道最宽1））当当UDS=0时时，，栅栅-源源电电压压对对导导电电沟沟道道宽宽度度的的控控制作用制作用沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断UGS(off)为夹断电压为夹断电压,为负值为负值2））漏漏-源源电电压压对对漏漏极极电电流流的的影影响响(uGS > UGS(off),且不变）且不变）uGD>UGS(off)uDS →i→iD线性线性  uGD=UGS(off)预夹断预夹断uGD

场效应管工作在恒流区的条件是什么？场效应管工作在恒流区的条件是什么？a夹断点夹断点a点电压点电压uGA =UGS(off)不变，不变，VDD的增大，几乎全部加在夹断区的增大，几乎全部加在夹断区3 3、转移特性、转移特性夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流U UDSDSi iD DV VDDDDV VGSGSV V   + + + +V V   + + + +u uGSGS特性曲线测试电路特性曲线测试电路特性曲线测试电路特性曲线测试电路+ + + +   mAmA4 4、输出特性、输出特性PN结反偏，栅结反偏，栅极电流近似为零极电流近似为零g-s电压控制电压控制d-s的等效电阻的等效电阻预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGD＝＝UGS（（off））可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSS二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管1 1、、N N 沟道增强型沟道增强型 MOS MOS 场效应管结构和符号场效应管结构和符号P 型衬型衬底底N+N+BgsdSiO2B B接电路最低电接电路最低电位或与位或与S S极相连极相连( (保证源衬保证源衬PNPN结结反偏反偏) )。

2、电压对电流的控制作用、电压对电流的控制作用1））当当UDS=0时时，，栅栅-源源电电压压对对导导电电沟沟道道宽宽度度的的控控制作用制作用P 型衬底型衬底N+N+BgsdVGS反型层反型层大到一定值沟道才形成，大到一定值沟道才形成，该值叫该值叫开启电压开启电压UGS(th)栅栅-源电压源电压越大，越大，导电能力越强导电能力越强2））uDS 对对iD的影响的影响（设（设uGS ＞＞uGS(th)且不变）且不变）UGD > UGS(th) iD随随uDS的增的增大而增大，大而增大，可变电阻区可变电阻区UGD = UGS(th) 预夹断预夹断UGD < UGS(th)iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，，恒流区恒流区3 3、、增强型增强型N沟道沟道MOS管管特性曲线特性曲线开启开启电压电压4 4、、N N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS MOS 场效应管场效应管N+N+Bgsd++++++正离子正离子uGS=0时就存时就存在导电沟道在导电沟道耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS＞＞0、、 uGS ＜＜0、、 uGS ＝＝0时均时均可导通，且与结型场效应管不同，由于可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘绝缘层的存在，在层的存在，在uGS＞＞0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大的间电阻非常大的特点。

特点夹断夹断电压电压三三. . 场效应管的分类场效应管的分类 s sg gd ds sg gd d结型场效应管结型场效应管JFET:JFET:s sG Gb bd ds sG Gb bd db bs sg gd ds sG Gb bd dNEMOSNEMOSNDMOSNDMOSPDMOSPDMOSPEMOSPEMOSMOSMOS场效应管场效应管MOSFET:MOSFET:NJFETNJFETPJFETPJFETN N沟道沟道UGS(th)UGS(off)UGS(off )iDuGS 结型结型耗尽型耗尽型增增强型型场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较BJTBJTFETFET结构结构NPNNPN，，PNP PNP C C与与E E一般不可倒置使用一般不可倒置使用JFET DMOS EMOSJFET DMOS EMOSD D与与S S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移多子运动多子运动控制控制电流控制电流源电流控制电流源CCCSCCCS电压控制电流源电压控制电流源VCCSVCCS输入电阻输入电阻 小小大大温度特性温度特性 受温度影响大受温度影响大受温度影响小受温度影响小集成工艺集成工艺不易大规模集成不易大规模集成宜宜( (超超) )大规模集成大规模集成静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电影响四、电路四、电路模型模型1 1、大信号模型、大信号模型SGDIDUGSSDGIDIG=0ID(UGS )+- -恒流区恒流区SGDIDSDGID  0IG 0SGDIDUGSSDGIDIG 0RDS(UGS )+- -可变电阻区可变电阻区截止区截止区VDDRG1RG2RDRS恒流区恒流区:uGS＞＞UGS(th)恒流区恒流区:uDS＞＞uGS - UGS(th)U UGS(th)GS(th)i iD D( (mmA)A)u uGS GS (V)(V)U UGS(off )GS(off )结型结型结型结型U UGS(off)GS(off)耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型增强型增强型增强型增强型U UG GU UG G/R/RS Sgdsugs+- -gmugs跨导，根据跨导，根据iD的表达式或的表达式或转移特性可求得转移特性可求得gm ，一，一般为几般为几-几十毫西门子几十毫西门子2 2、小信号模型、小信号模型rds。