第7場(chǎng)效應(yīng)管補(bǔ)充知識(shí)

1、第第7 7場(chǎng)效應(yīng)管補(bǔ)充知識(shí)場(chǎng)效應(yīng)管補(bǔ)充知識(shí)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理2SiODSGBNNAl柵極柵極P型硅襯底型硅襯底源極源極漏極漏極襯底襯底結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 它是以它是以塊摻雜濃度較低的塊摻雜濃度較低的P P型硅半導(dǎo)體作為襯底、利型硅半導(dǎo)體作為襯底、利用擴(kuò)散的方法在其上形成兩個(gè)高摻雜的用擴(kuò)散的方法在其上形成兩個(gè)高摻雜的N N+ +型區(qū)，同時(shí)在型區(qū)，同時(shí)在P P型型硅表面生成一層二氧化硅絕緣層。并用硅表面生成一層二氧化硅絕緣層。并用 金屬導(dǎo)線引出三個(gè)金屬導(dǎo)線引出三個(gè)電極，分別作為源極電極，分別作為源極(S)(S)、漏極、漏極(D)G(D)G）。）。S 源

2、極源極B 襯底襯底D 漏極漏極G柵極柵極絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 基本上不需要信號(hào)源提供電流基本上不需要信號(hào)源提供電流 輸入阻抗很高（可達(dá)輸入阻抗很高（可達(dá)10109 910101515） 受溫度和輻射等外界因素影響小，制造工藝受溫度和輻射等外界因素影響小，制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成化等；簡(jiǎn)單、便于集成化等； 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以又稱其為單只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以又稱其為單極性晶體管極性晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理場(chǎng)效應(yīng)管的分類場(chǎng)效應(yīng)管的分類 按封裝形式分：塑料封裝和金屬封裝按封裝形式分：塑料

3、封裝和金屬封裝 按功率大小分：小功率、中功率和大功率按功率大小分：小功率、中功率和大功率 按頻率特性分：低頻管、中頻管和高頻管按頻率特性分：低頻管、中頻管和高頻管 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：結(jié)型（按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：結(jié)型（JFETJFET）和絕緣柵型（）和絕緣柵型（IGFETIGFET） 按導(dǎo)電溝道的不同還可分為：按導(dǎo)電溝道的不同還可分為：N N溝道和溝道和P P溝道，而絕溝道，而絕緣柵型又可細(xì)分為緣柵型又可細(xì)分為N N溝道增強(qiáng)型和耗盡型，溝道增強(qiáng)型和耗盡型，P P溝道增溝道增強(qiáng)型和耗盡型兩種。強(qiáng)型和耗盡型兩種。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

4、及符號(hào) 它是以塊摻雜濃度較低的P型硅半導(dǎo)體作為襯底、利用擴(kuò)散的方法在其上形成兩個(gè)高摻雜的N+型區(qū)，同時(shí)在P型硅表面生成一層二氧化硅絕緣層。并用 金屬導(dǎo)線引出三個(gè)電極，分別作為源極(S)、漏極(D)和柵極（G）。2SiODSGBNNAl柵極柵極P型硅襯底型硅襯底源極源極漏極漏極襯底襯底 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖S 源極源極B 襯底襯底D 漏極漏極G柵極柵極符號(hào)圖符號(hào)圖絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是利用柵源電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是利用柵源電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。體表面感生電荷的多少，從而控制漏極

5、電流的大小。N N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理1.UGS=01.UGS=0時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道GSD絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 當(dāng)柵源短路當(dāng)柵源短路( (即柵源電壓即柵源電壓U UGSGS=0=0時(shí)，源區(qū)時(shí)，源區(qū)(N(N+ +型型) )、襯底襯底(P(P型型) )和漏區(qū)和漏區(qū)(N(N+ +型型) )形成兩個(gè)背靠背約形成兩個(gè)背靠背約PNPN結(jié)，結(jié)，不管不管E ED D的極性如何，其中總有一個(gè)的極性如何，其中總有一個(gè)PNPN結(jié)是反偏。結(jié)是反偏。如果源極如果源極S S與襯底相連接地，漏極接電源的正極，與襯底相

6、連接地，漏極接電源的正極，那么漏極與襯底之間的那么漏極與襯底之間的PNPN結(jié)果也是反偏的，所以結(jié)果也是反偏的，所以漏源之間沒(méi)有形成導(dǎo)電溝道，因此漏極電流漏源之間沒(méi)有形成導(dǎo)電溝道，因此漏極電流I ID D=0(=0(相當(dāng)于漏源之間的電阻很大相當(dāng)于漏源之間的電阻很大) )。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 當(dāng)柵源之間加反向電壓當(dāng)柵源之間加反向電壓( (柵極接正極，源極接負(fù)柵極接正極，源極接負(fù)極極) )，則柵極，則柵極( (鋁層鋁層) )和和P P型型硅片相當(dāng)于以二氧化硅為硅片相當(dāng)于以二氧化硅為介質(zhì)的平行板電容器，在介質(zhì)的平行板電容器，在柵源電壓作用下，產(chǎn)生一柵

7、源電壓作用下，產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的由個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場(chǎng)。柵極指向襯底的電場(chǎng)。2.U2.UGSGSUUGSGS（thth）時(shí)，出現(xiàn)時(shí)，出現(xiàn)N N溝道溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓U UGSGS達(dá)到一定數(shù)值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)。這些電子在柵極附近的時(shí)。這些電子在柵極附近的P P型硅型硅片表面形成一個(gè)片表面形成一個(gè)N N型薄層，將漏極型薄層，將漏極和源極溝通，稱為和源極溝通，稱為N N溝道。由于此溝道。由于此溝道是由柵源電壓感應(yīng)產(chǎn)生的，溝道是由柵源電壓感應(yīng)產(chǎn)生的，所以又稱為感生溝通，如圖所示。所以又稱為感生溝通，

8、如圖所示。另一方面，由于它與另一方面，由于它與P P型襯底型別型襯底型別相反，所以，又稱它為反型層。相反，所以，又稱它為反型層。顯然，柵源電壓愈強(qiáng)，感生溝道顯然，柵源電壓愈強(qiáng)，感生溝道（反型層）愈厚，溝道電阻愈小。（反型層）愈厚，溝道電阻愈小。這種在這種在U UGSGS=0=0時(shí)沒(méi)有導(dǎo)電溝道，而時(shí)沒(méi)有導(dǎo)電溝道，而必須依靠柵源電壓才能形成感生必須依靠柵源電壓才能形成感生溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，稱為增強(qiáng)型絕溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，稱為增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 一旦出現(xiàn)了感生溝一旦出現(xiàn)了感生溝道，原來(lái)被道，原來(lái)被P P型襯底隔開(kāi)型襯底

9、隔開(kāi)的兩個(gè)的兩個(gè)N N+ +型區(qū)型區(qū)( (源極和漏源極和漏極極) )，就被感生溝道連在，就被感生溝道連在一起了。因此，在漏源一起了。因此，在漏源電壓的作用下，將有漏電壓的作用下，將有漏極電流極電流I ID D產(chǎn)生。一般把在產(chǎn)生。一般把在漏源電壓作用下開(kāi)始導(dǎo)漏源電壓作用下開(kāi)始導(dǎo)電的柵源電壓，叫開(kāi)啟電的柵源電壓，叫開(kāi)啟電壓電壓U UGSGS（thth）。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有在只有在增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有在只有在U UGSGS U UGSGS（thth）時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)U UGSGS，改變導(dǎo)電溝道的厚度，從而在相，改變導(dǎo)電溝道的厚度，

10、從而在相同的同的U UDSDS 作用下，有效的控制漏極電流作用下，有效的控制漏極電流I ID D的大小。的大小。工作原理總結(jié)工作原理總結(jié)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFETMOSFET的轉(zhuǎn)移特性如圖的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。其主要特點(diǎn)為：所示。其主要特點(diǎn)為： (1)(1)當(dāng)當(dāng)u uGSGSUU UGSthGSth時(shí)，時(shí)， i iD D 0 0，u uGSGS越大，越大， i iD D也隨之增大，二者符合平方律關(guān)系，也隨之增大，二者符合平方律關(guān)系，如下式所示。如下式所示。 2)(2GSthGSoxnDUuLWCui N

11、 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOSFET的轉(zhuǎn)移特的轉(zhuǎn)移特性性絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線- -輸出特性輸出特性 N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFETMOSFET的輸出特性如圖所示。它分為恒流的輸出特性如圖所示。它分為恒流區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點(diǎn)為：區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點(diǎn)為：（1 1）夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)） 當(dāng)當(dāng)U UGSGS U UGSGS（thth）時(shí)，反型層導(dǎo)時(shí)，反型層導(dǎo)電溝道被完全夾斷，電溝道被完全夾斷，I ID D=0=0，場(chǎng)，場(chǎng)效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)。效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)。(2)(2)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 在此區(qū)域內(nèi)，

12、在此區(qū)域內(nèi)，U UDSDS很小，導(dǎo)很小，導(dǎo)電溝道主要受電溝道主要受U UGSGS的控制。的控制。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線 當(dāng)當(dāng)U UDSDS較大時(shí)，出現(xiàn)夾斷區(qū)，較大時(shí)，出現(xiàn)夾斷區(qū)，I ID D趨于飽和。趨于飽和。(3)(3)恒流區(qū)恒流區(qū) 在一定的在一定的UGSUGS下，當(dāng)下，當(dāng)UDSUDS增大道一定程度時(shí)，漏極電增大道一定程度時(shí)，漏極電流急劇增加，稱為場(chǎng)效應(yīng)管被擊穿。流急劇增加，稱為場(chǎng)效應(yīng)管被擊穿。(4)(4)擊穿區(qū)擊穿區(qū)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線|DSDmUconstGSIgU 在在UDSUDS常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)微變量常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)微變量的柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo)，即的柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo)，即u低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)g gm m 場(chǎng)效應(yīng)管的耗散功率等于場(chǎng)效應(yīng)管的耗散功率等于U UDSDS和和I ID D的乘積，這些耗散在管子的乘積，