模拟电子技术 第二章半导体三极管 2.2单极型半导体三极管 场效应管FET(Field Effect Transistor) 类型∫结型JFET(Junction Field Effect Transistor) 绝缘栅型IGFET(nsulated Gate FET) 特点：1.单极性器件（一种载流子导电） 2.输入电阻高(107~10152，IGFET可高达10152) 3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低 2.2.1M0S场效应管 “、 增强型N沟道MOSFET(Mental Oxide Semi-一FET) 1.结构与符号 SI GID PD S 源极Source 在铯缘极噫金 耗尽层 P型对底 (掺杂浓度低) 属孔漏Sn
2.2 单极型半导体三极管 场效应管 FET (Field Effect Transistor) 类型 结型 JFET (Junction Field Effect Transistor) 绝缘栅型 IGFET (Insulated Gate FET) 特点：1. 单极性器件(一种载流子导电) 3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低 2. 输入电阻高(107 1015 ，IGFET可高达1015 ) 一、增强型N沟道MOSFET(Mental Oxide Semi— FET) 2.2.1 MOS场效应管 1. 结构与符号 P型衬底 （掺杂浓度低） N+ N+ 用扩散的方法 制作两个 N 区 在硅片表面生一 层薄SiO2绝缘层 S D 用金属铝引出 源极S和漏极D G 在绝缘层上喷金 属铝引出栅极G B 耗尽层 S — 源极 Source G — 栅极 Gate D — 漏极 Drain S G D B 第二章 半导体三极管
模拟电子技术 第二章半导体三极管 VGG 2.工作原理 1)ucs对导电沟道的影响(4ps=0) a.当0UGs时，衬底中电子 被吸引到表面，形成导电沟道 反型 uGs越大，沟道越厚 沟道 2)lps对in的影响(uGs>Ucsh) DS间的电位差使沟道呈楔形， I DD uDs个，靠近漏极端的沟道厚度变薄 D 预夹断：漏极附近反型层消失 预夹断发生之前：4ps个i,个 P型衬底 预夹断发生之后：4ns↑n不变
2. 工作原理 1) uGS 对导电沟道的影响(uDS = 0) 反型层 (沟道) a. 当 0 UGS(th) 时，衬底中电子 被吸引到表面，形成导电沟道 uGS 越大，沟道越厚 2) uDS对 iD的影响(uGS > UGS(th)) DS间的电位差使沟道呈楔形, uDS, 靠近漏极端的沟道厚度变薄 预夹断：漏极附近反型层消失 预夹断发生之前：uDS iD 预夹断发生之后：uDS iD不变 第二章 半导体三极管
模拟电子技术 第二章半导体三极管 3.转移特性曲线 4.输出特性曲线 ip f(ucs)Ups ip =f(ups)UGs ip/mA ip /mA 40 3 UDs=10V 慑饱和区8y P型衬底 放大区)6y 2 (恒流区)4Y 1 开启电压 UGs=2V 246 产ucsW 截正区DSN 当ucs>Ucsh,时： 可变电阻区uDs<ucs-UVcs) ip=IpoUs(h) GS-1)24s个→i,↑，直到预夹断 饱和（放大区）Ds个，io不变 ucs=2Ucs,时的n值 △4ps加在耗尽层上，沟道电阻不变。 截止区ucs≤UGs全夹断b=0
3. 转移特性曲线 D GS DS i = f (u )U 2 4 6 4 3 2 1 uGS /V iD /mA UDS =10V UGS (th) 当 uGS > UGS(th) 时： 2 GS(th) GS D = DO( −1) U u i I uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值 4. 输出特性曲线 D DS GS i = f (u )U 可变电阻区 uDS < uGS − UGS(th) uDS→ iD , 直到预夹断 饱和(放大区) uDS，iD 不变 uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变 截止区uGS UGS(th) 全夹断 iD = 0 第二章 半导体三极管 开启电压 uDS /V iD /mA uGS = 2 V 4 V 6 V 8 V 截止区 饱和区 (放大区) (恒流区) 可 变 电 阻 区
模拟电子技术 第二章半导体三极管 二、耗尽型N沟道MOSFET G D ip/mA Ip /mA +土+土 2V LN+ OV 饱和漏 2V 极电流 P型衬底 夹断 -4V DSS WGS 电压 TB Ups/V UGS(om UGs /V Si02绝缘层中掺入大量正离子，输出特性 转移特性 在ucs=0时，已形成沟道 在DS间加正电压时，形成o 当ucs≥Ucs(om)0时， 当uGs≤UGS(of)时，全夹断 ip =Ipss(1- UGS2 三、P沟道MOSFET UGS(off) D 增强型 P 耗尽型 P
二、耗尽型N沟道MOSFET S G D B Sio2绝缘层中掺入大量正离子， 在 uGS = 0 时，已形成沟道 在DS间加正电压时，形成 iD 当 uGS UGS(off) 时，全夹断 输出特性 uGS /V iD /mA 转移特性 IDSS UGS(off) 饱和漏 夹断 极电流 电压 当 uGS UGS（off）0 时, 2 (off) GS D DSS(1 ) UGS u i = I − 三、P沟道MOSFET 增强型 耗尽型 S G D B S G D B uDS /V iD /mA uGS = − 4V − 2V 0V 2V 第二章 半导体三极管
模拟电子技术 第二章半导体三极管 2.2.2结型场效应管 ucs≤0，uDs>0 沟道呈楔型 1.结构与符号 耗尽层刚相碰时称预夹断 D 这时ucn=UGs(om) 层 当ups个， 预夹断点下移 ip 3.转移特性和输出特性 °S 特号 OV ip -1V 2.工作原理 -2V 预夹断 GS (off) D UGS=-3V R ups DD 当Ucs(om)≤lcs≤0时， iD =/pss(1- WGS )2 UGS(of
2.2.2 结型场效应管 2.工作原理 uGS 0 , uDS > 0 这时 uGD = UGS（off） 沟道呈楔型 耗尽层刚相碰时称预夹断 预夹断 当uDS，预夹断点下移 3. 转移特性和输出特性 UGS（off） 当UGS（off） uGS 0 时, 2 GS(off) GS D DSS(1 ) U u i = I − 1. 结构与符号 第二章 半导体三极管 uGS iD IDSS uDS iD uGS = – 3V – 2V – 1V 0 V – 3V
模拟电子技 第二章半导体三极管 MOSFET符号、 特性的比核mA RD D/mA UGS=8V-8V 6V-6y 4y-4V 2V-2y 沟道增强 沟道增强型 2 uGs/V UDS /V Ip/mA 个in/mA UGS=2V -2V OvOv -2V2V 5V5V N沟道耗尽型 UDS /V 7 D ip /mA ip /mA ↑io UGS=0V OV DSS GS(off) -2V2V -5V5V N沟道结型 P沟道结型 三WGS UDS /V
N 沟道增强型 S G D B iD P 沟道增强型 S G D B iD – 2 2 uGS /V iD /mA UGS(th) uDS /V iD /mA – 2V – 4V – 6V uGS = 8V – 8V 6V 4V 2V S G D B iD N 沟道耗尽型 iD S G D B P 沟道耗尽型 UGS(off) IDSS uGS /V iD /mA – 5 5 uDS /V iD /mA 5V 2V 0V uGS = 2V –2V 0V – 2V – 5V N 沟道结型 S G D iD S G D iD P沟道结型 uGS /V iD /mA – 5 5 U IDSS GS(off) uDS /V iD /mA 5V 2V uGS = 0V 0V – 2V – 5V MOSFET符号、特性的比较 第二章 半导体三极管
模拟电子技术 第二章半导体三极管 2.2.3场效应管的主要参数 1.开启电压Ucs(增强型)和夹断电压UGStom(耗尽型) 指4ps=某值，使漏极电流io为某一小电流时的us值。 2.饱和漏极电流Dss 耗尽型场效应管，当ucs=0时所对应的漏极电流。 3.直流输入电阻Rcs 指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。 JFET:RGS>107 MOSFET:RGS=109~1015 4.低频跨导gm gn=lca-#数 反映了wcs对的io的控制能力，单位mS(毫西门子)。 5漏源动态电阻s=s-常数 6.最大漏极功耗PD PDM=psD,受温度限制
2.2.3 场效应管的主要参数 PDM = uDS iD，受温度限制。 1. 开启电压 UGS(th) (增强型)和夹断电压 UGS(off) (耗尽型) 指uDS = 某值，使漏极电流iD 为某一小电流时的uGS值。 2. 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应管，当uGS = 0 时所对应的漏极电流。 3. 直流输入电阻RGS 指漏源间短路时, 栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。 JFET：RGS > 107 MOSFET：RGS = 109 1015 4. 低频跨导gm = GS DS =常 数 D m u U i g 反映了uGS对的iD的控制能力，单位mS(毫西门子)。 5. 漏源动态电阻rds = d GS =常 数 DS ds i u u r 6. 最大漏极功耗PDM 第二章 半导体三极管