2.2 Field Effect Transistors 场效应管是依靠电场效应控制半导体中多 数载流子的半导体器件。 漏极D o C D9漏极 栅极 栅极 Go- 衬底 OBGO 源极 E So源极 IGFET BJT JFET 104M2 rbe几百2至几K2 10M2
§2.2 Field Effect Transistors 场效应管是依靠电场效应控制半导体中多 数载流子的半导体器件。 BJT B E C rbe几百Ω至几K Ω D S G IGFET 104 MΩ 漏极 源极 栅极 衬底 栅极 漏极 G D S 10 MΩ JFET 源极
2.2.1.JFET 外电场 O D UDs R=0- D 内电阻 N沟道 耗尽层上厚下薄导 JFET 电沟道成楔形 中型 M沟道 P型 UDS 本体材料为P型半导 体，则构成P电沟 道E “耗尽层 →R ib
D S N 型 硅 棒 外电场 uDS 内电阻 A l R = 耗尽层上厚下薄导 电沟道成楔形 G D S N沟道 JFET 本体材料为P型半导 体，则构成P 电沟 道JFET。 D G S 2.2.1. JFET uGS P 型 P 型 G + - uDS + - iD N 沟 道 uGS 耗尽层 R iD
JFET Characteristics UGs=OV IDss iD =Ipss(1 U GS -1V GS(off -2V -3V UGS(of) -4V 654321 UDs(V) 0510 152025 转移特性 输出特性 在P沟道JFET中，空穴参与导电，Us接负电压， U6s接正电压
-2V -1V -3V -4V 输出特性 uDS(V) iD UGS = 0V 0 5 10 15 20 25 D G S uG S (-) 5 4 3 2 1 IDSS 2 ) (off ) (1 GS U GS U DSS I D i = − 转移特性 在P沟道JFET中，空穴参与导电，uDS接负电压， uGS接正电压。 JFET Characteristics UGS(off)
输出特性分力个区或 UGS-UGS(of) UGs=0V 截止区 UGS≤UGS(of) 可变电阻区UGS(or)UGS-UGS(off 截止区 Example 12y 3V D OD OV GO- 放大区 可变电阻区 OS 2V
输出特性划分为三个区域 截止区 GS (off ) U GS U 可变电阻区 GS (off ) U GS U DS U − 0 (off ) GS U GS U 截止区 UGS=0V uDS(V) -2V -1V -3V -4V iD 0 5 10 15 20 25 可 变 电 阻 区 GS ( off ) U GS U − 饱和区（恒流区，放大区） GS (off ) U GS U DS U − 0 (off ) GS U GS U D G S 0V 2V 12V Example D G S 0V 1V 3V 放大区 可变电阻区 放 大 区
2.2.2.IGFET (MOSFET) 1.Construction Si02 S G D SG D 绝缘层 ☑ P型硅衬底 P型硅衬底 UGs=0,无导电沟道，10=0。栅 UGs=0,存在导电沟道，漏 极加正电压会形成N型沟道（反极电流ID≠O。栅极加上某负电 型层)。 PD 压消失导电沟道。 D N沟道增强型 衬底 G N沟道耗尽型 衬底
2.2.2. IGFET (MOSFET) S G D + P型硅衬底 + N + N +++ + UGS=0，无导电沟道，ID=0。栅 极加正电压会形成N型沟道(反 型层)。 UGS=0，存在导电沟道，漏 极电流ID≠0。栅极加上某负电 压消失导电沟道。 S G D + N + N P型硅衬底 SiO2 绝缘层 + N沟道增强型 D S G 衬底 N沟道耗尽型 D S G 衬底 1. Construction
2、工作原理 Operation 窄 (1I)、开启(turnon)沟道 VGs=,(开启电压 反型层(Inversion layer) Vcs控制沟道宽窄 宽 增强型MOS管 ++++ P衬底 D对官 P衬 电子 ·电子 0空穴 负离子 负离子 负离子
2、工作原理 Operation （开启电压) 反型层(Inversion layer) VGS控制沟道宽窄 (1)、开启(turn on)沟道 0V + 宽 窄 VGS=VT 增强型MOS管
D/mA可变电阻区 (2).沟道变形 6s=6V 电位梯度 击穿区 os控制 楔形沟道 3 恒流区 6s=5V 沟道形状 →预夹断 2 VGS -4V 6s=3V VT-2V 1015 动夹断皮s/y G D N N P衬底 P衬底 P衬底 (a) (b)
(2)．沟道变形 预夹断 楔形沟道 0 + 电位梯度 VDS控制 沟道形状
Ip/mA VDs=10V 3.MOSFET Current-Voltage D Characteristics 1、转移特性曲线 2 Transfer Characteristics 4 6 VGS /V Ip=f(Vcs)Vps-const IDmA可变电阻区 VGS-6V 2、输出特性曲线 击穿区 Drain 恒流区 6s=5V Characteristics VGs =4V 6s=3V Ip-AVDS)VGS-const VCCS! VT-2V 10 15 20夹断区 PDs /V
3. MOSFET Current-Voltage Characteristics 1、转移特性曲线 Transfer Characteristics ID=f(VGS)VDS=const 2、输出特性曲线 Drain Characteristics ID=f(VDS)VGS=const VCCS！
另：N沟道耗尽型MOSFET Ip/mA Gv- -3 P衬底 B -4-3-2-10 Vas/v (a结构和符号 (b)转移特性曲线 P沟道。N沟道 PNP→NPN
另：N沟道耗尽型MOSFET (a) 结构和符号 (b) 转移特性曲线 P沟道 N沟道 PNP NPN
个io/mA AIp/mA 可变电阻区 2V 16 UDs=常数 放 12/ 大 UGS=0V Ipss 区 -2V UGs(on) 4 -4-2024 UGS/V 0 36912 Ups/V (a)转移特性曲线 (b) 漏极特性曲线 n-Channel Depletion-Mode
16 12 8 4 0 3 6 9 12 uDS/V －2V UGS=0V 放 大 区 iD/mA (b) 漏极特性曲线 －4 －2 0 2 4 uGS/V iD/mA UGS(off) 16 12 8 4 IDSS (a) 转移特性曲线 可变电阻区 2V UDS=常数 n-Channel Depletion-Mode