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第三章场效应管
主要内容
概述
场效应管的工作原理
场效应管特性曲线



场效应晶体管全面解析
第三章场效应管

场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单,器件特性便于控制,是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。
场效应管与三极管主要区别:
场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。
场效应管受温度的影响小(只有多子漂移运动形成电流)
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一、场效应管的种类
第三章场效应管
按结构不同分为
绝缘栅型场效应管MOSFET
结型场效应管JFET
P沟道
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
N沟道
MOSFET
(按工作方式不同)
耗尽型(DMOS)
增强型(EMOS)
沟道:指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径;P沟道指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
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场效应管的工作原理
第三章场效应管
JFET与MOSFET工作原理相似,它们都是利用电场效应来控制电流,即都是利用改变栅源电压vGS,来改变导电沟道的宽度和高度,从而改变沟道电阻,最终达到对漏极电流iD的控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原理不同。(下面我们以N沟道JFET、N沟道增强型为例进行分析)
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第三章场效应管

假设VDS=0,讨论VGS作用
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS=0
-+
VGS
形成空间电荷区
并与PN结相通
VGS
衬底表面层中
负离子、电子
VGS开启电压VGS(th)
形成N型导电沟道
表面层n>>p
VGS越大,反型层中n越多,导电能力越强。
反型层
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第三章场效应管
场效应管的伏安特性曲线(以NEMOSFET为例)
由于场效应管的栅极电流为零,故不讨论输入特性曲线。
共源组态特性曲线:
ID=f(VGS)
VDS=常数
转移特性:
ID=f(VDS)
VGS=常数
输出特性:
+
T
VDS
IG0
VGS
ID
+
-
-
转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程,它们之间可以相互转换。
NDMOSFET的特性曲线
NJFET的特性曲线
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第三章场效应管
VDS极性取决于沟道类型
N沟道:VDS>0,P沟道:VDS<0
VGS极性取决于工作方式及沟道类型
增强型MOS管:VGS与VDS极性相同。
耗尽型MOS管:VGS取值任意。
饱和区数学模型
饱和区(放大区)外加电压极性及数学模型
结型FET管:VGS与VDS极性相反。
MOSFET:
JFET:
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几种FET管子的转移特性曲线比较:
第三章场效应管
N沟道:VDS>0
ID(mA)
VGS(V)
VGS(th)
VGS(th)
VGS(off)
VGS(th)
VGS(th)
VGS(off)
P沟道:VDS<0
ID(mA)
VGS(V)
结型
结型
耗尽型
耗尽型
增强型
增强型
增强型MOS管:VGS与VDS极性相同。
耗尽型MOS管:VGS取值任意。
结型FET管:VGS与VDS极性相反。
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第三章场效应管

由于MOS管COX很小,因此当带电物体(或人)靠近金属栅极时,感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压VGS(=Q/COX),使绝缘层击穿,造成MOS管永久性损坏。
MOS管保护措施:
分立的MOS管:各极引线短接、烙铁外壳接地。
MOS集成电路:
T
D2
D1
D1D2一方面限制VGS间最大电压,同时对感生电荷起旁路作用。
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