模拟电子技术经典教程_MOS场效应晶体管.ppt

§ MOS场效应晶体管
场效应管
结型场效应三极管JFET
绝缘栅型场效应三极管IGFET
Junction type Field Effect Transistor
Insulated Gate Field Effect Transistor
分类
N沟道
P沟道
金属氧化物半导体三极管
MOSFET- Metal Oxide Semiconductor FET
增强型
耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
MOS管结构
动画2-3
以
N
沟道增强型MOS管
为
例
G-栅极(基极)
S-源极(发射极)
D-漏极(集电极)
B-衬底
N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极
MOS管工作原理
以N沟道增强型MOS管为例
正常放大时外加偏置电压的要求
问题:如果是P沟道,直流偏置应如何加?
栅源电压VGS对iD的控制作用
VGS<VTN时( VTN 称为开启电压)
VGS>VTN时(形成反型层)
(动画2-4)
当VGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。
0<VGS<VTN时,SiO2中产生一垂直于表面的电场,P型表面上感应出现许多电子,但电子数量有限,不能形成沟道。
当VGS>VTN时,由于此时栅压较强,P型半导体表层中将聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极连通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。
在漏源电压作用下开始导电时(即产生iD)的栅源电压为开启电压VT
在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的多数载流子空穴极性相反,故称为反型层。
漏源电压VDS对iD的控制作用
(动画2-5)
VGS>VT后,外加的VDS较小时, ID将随着VDS的增加而增大。
当VDS继续增加时,由于沟道电阻的存在,沟道上将产生压降,使得电位从漏极到源极逐渐减小,从而使得SiO2层上的有效栅压从漏极到源极增大,反型层中的电子也将从源极到漏极逐渐减小。
当VDS大于一定值后, SiO2层上的有效栅压小于形成反型层所需的开启电压,则靠近漏端的反型层厚度减为零,出现沟道夹断, ID将不再随VDS的增大而增大,趋于一饱和值。
转移特性曲线
iD=f(vGS)VDS=const
输入电压与输出电流间的关系曲线,对于共源电路,即:
调制系数
输出特性曲线
输出电压与输出电流间的关系曲线,对于共源电路,即:
iD=f(vDS)VGS=const
N沟道耗尽型MOS管
结构示意图
在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子已经在P型表面感应出反型层,在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压,就有漏极电流存在。
转移特性曲线
耗尽型与增强型MOS管的差异
耗尽型:当VGS=0 时,存在导电沟道,ID≠0
增强型:当VGS=0 时,没有导电沟道,ID=0
电路符号