第国骨扬级爱晶林暗 第四节 场效应晶体管简称场效应管,用FET来表示 (Field Effect Transistor) 绝缘栅场效应管 方柔 结型场效应管
绝缘栅场效应管 结型场效应管 第四节 场效应晶体管简称场效应管,用FET来表示 (Field Effect Transistor)
一、绝缘栅场效应管 第四节 绝缘栅场效应管是一种金属一氧化物一半导体场效 应管,简称MOS管。 增强型MOS管N沟道 P沟道 MOS 按作 分 耗尽型MOS管N沟道 P沟道
一、绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效 应管,简称MOS管。 MOS 管按 工作 方式 分类 增强型MOS管 耗尽型MOS管 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 第四节
(一)N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 第四节 1结构 d N沟道 g S02绝 缘层 g 箭头方向是区别N 沟道与P沟道的标志 N型区 d P衬底 b b go S-源极 d-漏极g-栅极 S P沟道 b-衬底引线 号
(一)N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 N N b-衬底引线 s g d P衬底 b SiO2绝 缘层 S-源极 d-漏极 g-栅极 N型区 g g s s d d b b 箭头方向是区别N 沟道与P沟道的标志 第四节 N沟道 P沟道 铝
2.工作原理 第四节 绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄,从而 控制漏-源极间电流的大小。 (1)感生沟道的形成 栅极和源极之间加正向电压 过程色在电扬的作用下可以记P型衬底表面层中多数我流子空穴全部排斥 掉,形成空间电荷区。 当山Gs增加到某一临界电压(U)值时,吸引足够多的电子,在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层一漏源之间的导电沟道。 ☆ 始形成反型层鹑ucs愁袍开启电压陆底山cs越高,电场越强,感 的电子越多,泻湖就越宽。 P型硅 空穴 + + cs是 ++ b t甘 b +++ 兼9iO8④子 反型层耗尽区
2.工作原理 (1)感生沟道的形成 在电场的作用下,可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥 掉,形成空间电荷区。 当uGS增加到某一临界电压(UT)值时,吸引足够多的电子,在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。 开始形成反型层的uGS称为开启电压(UT)。uGS越高,电场越强,感 应的电子越多,沟道就越宽。 uGS g b 自由电子 反型层 耗尽区 第四节 绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄,从而 控制漏-源极间电流的大小。 栅极和源极之间加正向电压 耗尽区 铝 SiO2 衬底 P型硅 g b uGS 受主离子 空穴
(2)栅源电压ucs对漏极电流D的控制作用 第四节 在栅源电压uGs=0时,没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结,其中一个为反向偏置,只能流过很小的反向饱和电流, in0。 增大VcG,使uGs=Ur时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下, 沟道内的多子(电子)产生漂移运动,形成漏极电流· uGs≥Ur时才能形成导电沟道 d uGs对b的控制作用: uGs变大 沟道宽度变宽 N沟道 b变大 沟道电阻变小
(2)栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用 在栅源电压uGS=0时,没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结,其中一个为反向偏置,只能流过很小的反向饱和电流, iD≈0。 增大VGG,使uGS=UT时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下, 沟道内的多子(电子)产生漂移运动,形成漏极电流iD。 uGS变大 iD变大 沟道宽度变宽 沟道电阻变小 N N VDD VGG s d b g iD P N沟道 uGS≥UT时才能形成导电沟道 第四节 uGS对iD的控制作用:
(3)漏源电压uDs对漏极电流D的影响 第四节 ★lGs≥Ur时,沟道形成。当uDs较小,即ucD>Ur时,沟道宽度受uDs的影 响很小,沟道电阻近似不变,随uDs的增加呈线性增加。 当s增大时,沟道各,点与栅极间电压不等,使沟道从源极向漏极逐渐变 窄。随着Ds增大,沟道电阻迅速增大,6不再随4Ds线性增大。 当uDs增大到使uGm=U时,在靠近漏极处,沟道开始消失,称为预夹断。 女继续增大4Ds,则uGDUT UGD=UT tN 耗尽区 UGD<UT D N沟道
(3)漏源电压uDS对漏极电流iD的影响 uGS≥UT 时,沟道形成。当uDS较小,即uGD>>UT时,沟道宽度受uDS的影 响很小,沟道电阻近似不变,iD随uDS的增加呈线性增加。 当uDS增大时,沟道各点与栅极间电压不等,使沟道从源极向漏极逐渐变 窄。随着uDS增大,沟道电阻迅速增大,iD不再随uDS线性增大。 继续增大uDS ,则uGD UT uGD=UT uGD<UT 第四节 耗尽区 N沟道 当uDS增大到使uGD =UT时,在靠近漏极处,沟道开始消失,称为预夹断
(二)N沟道增强型MOS管的特性曲线 第四节 1.输出特性 输出特性是指uGs为一固定值时,D与uDs之间的关 系,即 io=f(uos)llcs=常数 可变电阻区 恒流区 截止区
(二)N沟道增强型MOS管的特性曲线 1.输出特性 输出特性是指uGS为一固定值时,iD与uDS之间的关 系,即 输出 特性 分为 三个 区: 可变电阻区 恒流区 截止区 第四节
第四节 可变电阻区(非饱和区) I区对应预夹断前,uGs>UT,uDs很小,uGD>Ur的 情况。 支特 ①若uGs不变,沟道电阻"Ds ip(mA) 不变,D随uDs的增大而线性 6 WGS-6V 5 Ⅱ 上升。 ②uGs变大,rDs变小,看作 由电压uGs控制的可变电阻。 246810121416sV N沟道增强型MOS管的输出特性
可变电阻区(非饱和区) 2 4 6 8 1012 14 16 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ区对应预夹断前,uGS>UT,uDS很小,uGD>UT的 情况。 ①若uGS不变,沟道电阻rDS 不变,iD随uDS的增大而线性 上升。 ②uGS变大, rDS变小,看作 由电压uGS控制的可变电阻。 Ⅰ Ⅱ 第四节
恒流区(饱和区) 第四节 Ⅱ区对应预夹断后,uGs>UT,uDs很大,uGD<Ur的情况。 特点: ib只受ucs控制。若lGs不变, AiD(mA) 随着uDs的增大,D几乎不变。 6- UGS-6V 5 预夹断轨迹方程为: 4 '.UGD=uGs-Ups =UT 2 .'uos uGs-UGD uGs -UT 246810121416儿Ds 截止区 该区对应于uGs≤Un的情况 罩由于没有感生沟道,故电流0,管子处于截止状态
截止区 该区对应于uGS≤UT的情况 由于没有感生沟道,故电流iD≈0,管子处于截止状态。 2 4 6 8 1012 1416 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ Ⅱ 恒流区(饱和区) Ⅱ区对应预夹断后,uGS>UT,uDS很大,uGD<UT的情况。 iD只受uGS控制。若uGS不变, 随着uDS的增大,iD几乎不变。 预夹断轨迹方程为: DS GS GD GS T GD GS DS T u u u u U u u u U = − = − = − = 第四节