場效應晶體管培訓ppt課件

場效應晶體管 場效應管的特點 結型場效應管 絕緣柵場效應管 第四章 精* 絕緣柵場效應管 結型場效應管 第四節 場效應晶體管簡稱場效應管，用FET來表示 （Field Effect Transistor）。 精* 一、絕緣柵場效應管 絕緣柵場效應管是一種金屬—氧化物—半導體場效應管，簡稱MOS管。 MOS管 按工作 方式分 類 增強型MOS管 耗盡型MOS管 N溝道P溝道 N溝道 P溝道 第四節 精* （一）N溝道增強型MOS管的結構和工作原理 NN b-襯底引線 s g d P襯底 b SiO2絕緣層 g-柵極S-源極d-漏極 N型區 g g s s d d b b 箭頭方向是區別N 溝道與P溝道的標 志 第四節 N溝道 P溝道 鋁 精* 2.工作原理 （1）感生溝道的形成 在電場的作用下，可以把P型襯底表面層中多數載流子空穴全部排斥 掉，形成空間電荷區。 當uGS增加到某一臨界電壓(UT)值時，吸引足夠多的電子，在P型半導 體的表面附近感應出一個N型層,形成反型層—漏源之間的導電溝道。 開始形成反型層的uGS稱為開啟電壓(UT)。uGS越高，電場越強，感 應的電子越多，溝道就越寬。 uGS g b 自由電子 反型層 耗盡區 第四節 絕緣柵場效應管是利用電場效應來改變導電通道的寬窄，從而 控制漏-源極間電流的大小。 柵極和源極之間加正向電壓 耗盡區 鋁 SiO2 襯底 P型硅 g b uGS 受主離子 空穴 精* （2）柵源電壓uGS對漏極電流iD的控制作用 在柵源電壓uGS=0時，沒有導電溝道。漏源極之間存在兩個背向 PN結，其中一個為反向偏置，只能流過很小的反向飽和電流， iD≈0。 增大VGG，使uGS=UT時形成導電溝道。在正向漏源電壓作用下， 溝道內的多子（電子）產生漂移運動，形成漏極電流iD。 uGS變大 iD變大 溝道寬度變寬 溝道電阻變小 NN VDD VGG s d b g iD P N溝道 uGS≥UT時才能形成導電溝道 第四節 uGS對iD的控制作用： 精* （3）漏源電壓uDS對漏極電流iD的影響 uGS≥UT 時，溝道形成。當uDS較小，即uGDUT時，溝道寬度受uDS的影 響很小，溝道電阻近似不變，iD隨uDS的增加呈線性增加。 當uDS增大時，溝道各點與柵極間電壓不等，使溝道從源極向漏極逐漸變 窄。隨著uDS增大，溝道電阻迅速增大，iD不再隨uDS線性增大。 繼續增大uDS ，則uGD UT uGD=UT uGDUT，uDS很小，uGDUT的情況。 ①若uGS不變，溝道電阻rDS不變，iD隨uDS的 增大而線性上升。 ②uGS變大， rDS變小，看作由電壓uGS控制 的可變電阻。 Ⅰ Ⅱ 第四節 精* 截止區 該區對應于uGS≤UT的情況 由于沒有感生溝道，故電流iD≈0，管子處于截止狀態。 2 4 6 81 0 1 2 1 4 1 6 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ Ⅱ 恒流區（飽和區） Ⅱ區對應 預夾斷后，uGSUT，uDS很大，uGDUT） 其中K為常數，由管子結構決定，可以估算出來。 第四節 UT 精* （三）N溝道增強型MOS管的主要參數 直流參數 交流參數 極限參數 第四節 精* 1.直流參數 （2）直流輸入電阻RGS（1）開啟電壓UT 在襯底表面感生 出導電溝道所需 的柵源電壓。實 際上是在規定的 uDS條件下，增大 uGS，當iD達到規 定的數值時所需 要的uGS值。 在uDS=0的條件 下，柵極與源 極之間加一定 直流電壓時， 柵源極間的直 流電阻。RGS的 值很大，一般 大于 ?。 第四節 精* 2.交流參數 定義：當uDS一定時，漏極電流變化量與引起這一變化的柵源 電壓變化量之比，即 gm相當于轉移特性的斜率，反映了場效應管的放大能力。 它可以從輸出特性上求出，或根據轉移特性的表達式求導 數得到。 （2）極間電容：柵、源極間電容Cgs和柵、漏極間電容Cgd，它 影響高頻性能的交流參數，應越小越好。 第四節 （1）跨導gm 精* 3.極限參數 是指場效應管工作時，允許的最大漏極電流。 是指管子允許的最大耗散功率， 相當于雙極型晶體管的PCM。 第四節 2 4 6 8 1012 14160 uGS=7V 5 4 6 uDS(V ) iD(mA) 3 （1）漏極最大允許電流IDM （2）漏極最大耗散功率PDM 在輸出特性上畫出臨界最大功耗 線。 精* 是指在uDS=0時，柵源極間絕緣層發生擊穿，產生很大的短路 電流所需的uGS值。擊穿將會損壞管子。 是指在uDS增大時，使iD開始急劇增 加的uDS值。 （3）柵源極間擊穿電壓U(BR)GS （4）漏源極間擊穿電壓U(BR)DS U(BR)DS 此時不僅產生溝道中的電子參與導 電，空間電荷區也發生擊穿，使電 流增大。 第四節 2 4 6 8 1012 14160 uGS=7V 5 4 6 uDS(V ) iD(mA) 3 精* （四）N溝道耗盡型MOS管 1.工作原理 VDD NN s g d b P iD N溝道 結構示 意圖 SiO2絕緣層中摻入大量的正離子。 P襯底表面已經出現反型層，存在導 電溝道。 在uGS=0時 當uGS0時 感生溝道加寬，iD增大。 感生溝道變窄，iD減小。 當uGS達到某一負電壓值UP時，抵消 了由正離子產生的電場，導電溝道消 失，iD≈0，UP稱為夾斷電壓。 當uGS0時 第四節 s g d b 符號 精* 輸出特性 轉移特性 2 4 6 81 0 1 2 1 4 1 6 0 uGS=0V 1 -1 2 uDS(V) iD(mA) -2 2 4 6 8 10 12 iD(mA) 0123 4 5-1-2-3 2 4 6 8 10 12 uGS(V) UP IDSS uDS=10V 2.特性曲線 預夾斷軌跡方程： 轉移特性曲線方程： 其中IDSS是uGS=0時的iD值，稱為零偏漏級電流，也稱飽和漏極電流。 第四節 精* 3.主要參數 實際測量時，是在規定的uDS條件下，使iD減小到規定的 微小值時所需的uGS值。 該電流為uDS在恒流區范圍內，且 uGS=0v時的iD值，亦稱飽和漏極電 流。 第四節 （1）夾斷電壓UP 是指導電溝道完全夾斷時所需的柵源電壓。 （2）零偏漏極電流IDSS 它反映了零柵壓時原始 溝道的導電能力。 iD(mA) 0123 4 5-1-2-3 2 4 6 8 10 12 uGS(V) UP IDSS uDS=10V 精* 二、結型場效應管 JFET(Junction Field Effect Transistor) 兩個P+區中間的N型半導體，在加上正向uDS電壓時就有電流流過，故 稱為N溝道。 S-源極 g-柵極 d-漏極 N P 第四節 S-源極 g-柵極 d-漏極 N P 精* 當uGS=0時，就有導電溝道存在，故而這種管子也屬于耗盡型場效應管。 s d g VDD VGG P 溝道 uGS uDS iD N s g d 第四節 N溝道結型場效應管 精* s d g VG G P uG S 改變uGS的大小，就可以改變溝道寬窄 ，即改變溝道的電阻，從而控制iD的大