MOSFET場效應管

1、4.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導體（半導體（MOS）場效應管）場效應管4.2 MOSFET放大電路放大電路場效應管場效應管BJT是一種是一種電流控制電流控制器件器件(iB iC)，工作時，多數(shù)載流子和，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件雙極型器件。場效應管（場效應管（Field Effect Transistor簡稱簡稱FET）是一種）是一種電壓控電壓控制制器件器件(uGS iD) ，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是是單極型器件單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，

2、輸入電阻因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應用。極高等優(yōu)點，得到了廣泛應用。P溝道溝道耗盡型耗盡型P溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道增強型增強型N溝道溝道N溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應管場效應管JFET結型結型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)耗盡型耗盡型：場效應管沒有加偏置電壓時，就有導電溝道存在：場效應管沒有加偏置電壓時，就有導電溝道存在增強型增強型：場效應管在加偏置電壓時，才有導電溝道：場效應管在加偏置電壓時，才有導電溝道場效應管的分類：場效應管的分類：4.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導體半導體（MOS）場效應管）場效應管4.1.1 N

3、溝道增強型溝道增強型MOSFET4.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)4.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET4.1.3 P溝道溝道MOSFET4.1.4 溝道長度調(diào)制效應溝道長度調(diào)制效應4.1.1 N溝道增強型溝道增強型MOSFET1. 結構結構（N溝道）溝道）L ：溝道長度：溝道長度W ：溝道寬度：溝道寬度tox ：絕緣層厚度：絕緣層厚度通常通常 W L 4.1.1 N溝道增強型溝道增強型MOSFET剖面圖剖面圖1. 結構結構（N溝道）溝道）符號符號4.1.1 N溝道增強型溝道增強型MOSFET2. 工作原理工作原理（1）vGS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當當vGSGS00

4、時時 無導電溝道，無導電溝道， d、s間加電壓時，也間加電壓時，也無電流產(chǎn)生。無電流產(chǎn)生。當當00vGS GS V VT T 時時 在電場作用下產(chǎn)生導電溝道在電場作用下產(chǎn)生導電溝道(強反型強反型)，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。 vGSGS越大，導電溝道越厚越大，導電溝道越厚2. 工作原理工作原理（2）vDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用靠近漏極靠近漏極d d處的電位升高處的電位升高電場強度減小電場強度減小 溝道變薄溝道變薄當當vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）時，）時，vDSDS I ID D 溝道電位梯度溝道電位梯度 整個溝道呈整個溝道呈楔形

5、分布楔形分布當當vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）時，）時，vDSDS I ID D 溝道電位梯度溝道電位梯度 當當vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 時，時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷。在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷。2. 工作原理工作原理（2）vDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用在預夾斷處：在預夾斷處：vGDGD= =vGSGS- -vDS DS = =V VT T預夾斷后，預夾斷后，vDSDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長溝道電阻溝道電阻 I ID D基本不變基本不變2. 工作原理工作原理（2）vDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用2. 工作原理工作原理（3） vDS

6、和和vGS同時作用時同時作用時 vDSDS一定，一定，vGSGS變化時變化時 給定一個給定一個vGS GS ，就有一條不，就有一條不同的同的 iD D vDS DS 曲線。曲線。工作原理3. V-I 特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程）輸出特性及大信號特性方程const.DSDGS)( vvfi 截止區(qū)截止區(qū)當當vGSVT時，導電溝道尚時，導電溝道尚未形成，未形成，iD0，為截止工，為截止工作狀態(tài)。作狀態(tài)。3. V-I 特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程）輸出特性及大信號特性方程const.DSDGS)(

7、vvfi 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) vDS（vGSVT） )( DSDSTGSnD22vvv VKi由于由于vDS較小，可近似為較小，可近似為DSTGSnD )(vvVKi 2常數(shù)常數(shù) GSDDSdsovvdidr)(TGSnVK v21rdso是一個受是一個受vGS控制的可變電阻控制的可變電阻 3. V-I 特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程）輸出特性及大信號特性方程 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) DSTGSnD )(vvVKi 2)(TGSndsoVKr v21 n ：反型層中電子遷移率：反型層中電子遷移率Cox ：柵極（與襯底間）氧：柵極（與襯底間）氧化層

8、單位面積電容化層單位面積電容本征電導因子本征電導因子oxnnC K LWLWKK22oxnnnC 其中其中Kn為電導常數(shù)，單位：為電導常數(shù)，單位：mA/VmA/V2 23. V-I 特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程）輸出特性及大信號特性方程 飽和區(qū)飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS GS V VT T ，且，且vDSDS（v vGSGSV VT T）2)(TGSnDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2V VT T時的時的iD D V V- -I I 特性：特性：可

9、變電阻區(qū)和飽和區(qū)3. V-I 特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程（2）轉移特性）轉移特性const.GSDDS)( vvfi21)(TGSDOD VIiv4.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET(自學自學)1. 結構和工作原理結構和工作原理（N溝道）溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子 可以在正或負的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流可以在正或負的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流4.1.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET(自學自學)2. V-I 特性曲線及大信號特性方程特性曲線及大信號特性方程 21)(PGSDSSDVIiv 21)(TG

10、SDOD VIiv（N N溝道增強型）溝道增強型）4.1.3 P溝道溝道MOSFET 增強型轉移特性曲線 增強型輸出特性曲線 4.1.4 溝道長度調(diào)制效應溝道長度調(diào)制效應實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的)()(DSTGSnDvv 12VKi)()(DSTGSDOvv 112VIL的單位為的單位為 m1V 1 . 0 L當不考慮溝道調(diào)制效應時，當不考慮溝道調(diào)制效應時， 0 0，曲線是平坦的。，曲線是平坦的。 修正后修正后4.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)NMOSNMOS增強型增強型1. 1. 開啟電壓開啟電壓V VT T （增強型參數(shù)

11、）（增強型參數(shù)）2. 2. 夾斷電壓夾斷電壓V VP P （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）3. 3. 飽和漏電流飽和漏電流I IDSSDSS （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）4. 4. 直流輸入電阻直流輸入電阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 1. 1. 輸出電阻輸出電阻r rdsds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v當不考慮溝道調(diào)制效應時，當不考慮溝道調(diào)制效應時， 0 0，rdsds )()(DSTGSnDvv 12VKi4.1.5 MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù)DS GSDmVigv 2. 2. 低頻互導低頻互導g gm m 二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 考慮到考慮到 2TGSnD)(VKi v則則DSDSGS2TGSnGSDm)(VVVKigvvv )(2TGSnVK vnDTGS)(KiV vDn2iK L