常用電子元器件-場效應(yīng)管（模擬電子技術(shù)課件）

一、增強(qiáng)型場效應(yīng)管第二講絕緣柵型場效應(yīng)管二、耗盡型場效應(yīng)管

三、場效應(yīng)管的主要參數(shù)、使用注意事項四、場效應(yīng)管和三極管的特點比較絕緣柵型場效應(yīng)管MOSFEMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱MOS場效應(yīng)管。特點：輸入電阻可達(dá)1010(有資料介紹可達(dá)1014）以上。類型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型UGS=0時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；UGS=0時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場效應(yīng)管。絕緣柵場效應(yīng)管也有N溝道和P溝道兩種，每一種又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。下面以N溝道增強(qiáng)型MOS場效管為例，來說明它的工作原理。(1)結(jié)構(gòu)與電路符號P型襯底(摻雜濃度低)用擴(kuò)散的方法制作兩個N區(qū)在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層用金屬鋁引出源極S和漏極D在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極GBS-源極SourceG-柵極Gate

D-漏極DrainSGD襯底耗盡層（a）增強(qiáng)型NMOSFET的結(jié)構(gòu);（b）N型MOS的電路符號;（c）P型MOS的電路符號SGD襯底N+N+（a）（b）（c）箭頭方向是表示由P（襯底）指向N（溝道），符號中的斷線表示當(dāng)uGS＝0時，導(dǎo)電溝道不存在。一、增強(qiáng)型場效應(yīng)管(2)增強(qiáng)型NMOS管的工作原理襯底引線A、當(dāng)uGS=0v，如圖所,NMOS管相當(dāng)于在N與P襯底之間形成兩個背靠背串聯(lián)的PN結(jié)，所以iD=0耗盡層(2)增強(qiáng)型NMOS管的工作原理耗盡層B、加正的uGS如圖所示?。┘覷Gs正電壓后，在g與襯底之間產(chǎn)生縱向電場，→將靠近柵極下方的空穴向下排斥→耗盡層ⅱ）增加UGs

縱向電場↑→將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面→形成導(dǎo)電溝道.

ⅱi）加外加電壓uDS，產(chǎn)生漏極電流iD。在剛剛產(chǎn)生iD時所對應(yīng)的UGS稱為開啟電壓，記為UGS(th)

。N型反型層UGS增大→電場增強(qiáng)→溝道加寬→ID增大；UGS減小→ID減?。妷篣GS控制漏極電流ID。開始無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在UGSUT時才形成溝道,這種類型的管子稱為增強(qiáng)型MOS管N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管與N溝道增強(qiáng)型MOS場效管工作原理類似,不同點在于：只不過在uGS＝0時，已經(jīng)有了導(dǎo)電溝道。也就是在uGS＝0時，在外加UDs的作用下已經(jīng)可以產(chǎn)生漏極電流iD。耗盡型NMOS管的結(jié)構(gòu)如圖：箭頭方向是表示由P（襯底）指向N（溝道），符號中的實線表示零柵壓時，管子已有導(dǎo)電溝道。P型襯底(摻雜濃度低)BSG耗盡層N+N+（a）Dsgd襯底sgd襯底(3)之所以稱為耗盡型,是因為當(dāng)UGS為負(fù),將使溝道中感應(yīng)電荷減少(即耗盡的意思),從而使iD減少).耗盡型MOS場效應(yīng)管也有夾斷電壓UGS(off)和漏極飽和電流IDSS的概念。(1)在制造管子中，已經(jīng)在SiO絕緣層中摻入大量的正離子，在uGS＝0時，可以吸引自由電子，形成反型層—N溝道，加上UDD時，可以產(chǎn)生iD(2)當(dāng)uGS減少(為負(fù))，iD減少.當(dāng)uGS增加(為正)，iD增加.所以耗盡型MOS管可以負(fù)柵壓、零柵壓和正柵壓下工作。二、耗盡型場效應(yīng)管

通過調(diào)節(jié)UGS的大小來控制時ID，實現(xiàn)放大作用。UGS值可負(fù)，可正，可零。1.開啟電壓UT柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。2.夾斷電壓UP

當(dāng)uGS=UP時,漏極電流為零。

3.飽和漏極電流IDSS

當(dāng)uGS=0時所對應(yīng)的漏極電流。4.輸入電阻RGS

結(jié)型場效應(yīng)管:RGS大于107ΩMOS場效應(yīng)管:RGS可達(dá)109～1015Ω。5.低頻跨導(dǎo)gm

UDS一定時，漏極電流的變化量與柵源電壓變化量的比值。反映了柵壓對漏極電流的控制作用。單位是mS(毫西門子)。

三、場效應(yīng)管的主要參數(shù)、使用注意事項場效應(yīng)管使用注意事項（1）不要使柵極懸空，即使不用時，也要用金屬導(dǎo)線將三個電極短接起來。焊接時，應(yīng)把電烙鐵斷開電源后再行焊接，以免感應(yīng)擊穿柵極。（2）結(jié)型場效應(yīng)管柵壓不能接反，否則PN結(jié)正偏，柵流過大，使管子損壞。（3）可以用萬用表測結(jié)型場效應(yīng)管的PN結(jié)正、反電阻，但絕緣柵管不能用萬用表直接去測三個電極,應(yīng)該用接地良好的專門儀器才能測試管子的好壞。（4）場效應(yīng)管S和D極可以互換使用，但有些產(chǎn)品出廠時，已把S極和襯底連在一起，這時D、S就不能互換。四、場效應(yīng)管和三極管的特點比較小結(jié)1.場效應(yīng)管種類很多，主要有結(jié)型和絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型有N溝道和P溝道兩種，N溝道在UGS<0下工作，P溝道在UGS>0下工作絕緣柵場效應(yīng)管有N溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型、P溝道耗盡型四種類型。增強(qiáng)型不存在原始導(dǎo)電溝道，UGS只在單一極性或正或負(fù)工作；而耗盡型存在原始溝道，UGS可正可負(fù)。2.場效應(yīng)管是單極型電壓控制器件，具有輸入電阻高，一般可達(dá)109。第一講結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)二、結(jié)型場效應(yīng)管工作原理場效應(yīng)三極管場效應(yīng)管：一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場效應(yīng)管分類結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管特點單極型器件(一種載流子導(dǎo)電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場效應(yīng)管分類：DSGN符號:箭頭方向表示柵結(jié)正向偏置時,柵極電流的方向由P指向N結(jié)構(gòu):在一塊N型半導(dǎo)體材料兩邊擴(kuò)散高濃度的P型區(qū),兩P型區(qū)相連引出一個電極，稱為場效應(yīng)管的柵極G（g）。N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個電極，分別作為管子的漏極D（d）和源極S（s）。兩個PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區(qū)耗盡層(PN結(jié))在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是N型的，稱N溝道結(jié)型場效應(yīng)管。一、結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)導(dǎo)電溝道P溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型溝道GSDP溝道場效應(yīng)管是在P型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號GDS

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓UGS<0，使柵極、溝道間的PN結(jié)反偏，耗盡層會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。二、結(jié)型場效應(yīng)管工作原理1.當(dāng)UDS=0時，uGS對導(dǎo)電溝道的控制作用ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬UGS由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)UGS=UGS（Off)，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷,漏源極間的電阻將趨于無窮大。ID=0GDSP+P+N型溝道(b)

UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾斷電壓,為負(fù)值。UGS(off)也可用UP表示調(diào)整柵源電壓UGS的值，可以改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而調(diào)整溝道的導(dǎo)通電阻。若在漏源極間加上固定的正向電壓UDS，則由漏極流向源極的電流ID將受UGS控制。GDSP+NiSiDP+P+VDSVGS2.uDS對漏極電流iD的影響。uGS=0，加上uDS

，iD較大，iD隨uDS升高幾乎成正比地增大。GDSP+NiSiDP+P+VDSVGS

uGS<0，uDS增加，N溝道的電位從源極端到漏極端是逐漸升高的，導(dǎo)電溝呈現(xiàn)楔形，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDS(a)(b)GDSP+NiSiDP+P+VDSVGSuGS<0,繼續(xù)增加uDS=UGS（Off),溝道變窄預(yù)夾斷uGS<0,繼續(xù)增加uDS>UGS（Off)

，溝道夾斷，由于夾斷處場強(qiáng)增大，仍能將電子拉過夾斷區(qū)，形成iD，在從源極到夾斷處的溝道上，溝道內(nèi)電場基本不隨uDS改變而變化，所以iD趨于飽和。GDSiSiDP+VDSVGSP+P+(c)(d