1、MOSFET 簡介,第一章 MOSFET的結構和工作原理 第二章 MOSFET的特性曲線和极限參數 第三章 MOSFET的參數特性 第四章 MOSFET的應用,第一章 MOSFET的結構和工作原理,這種晶體管的工作部分由稱之為基片的P型導體電晶體構成.在基片內摻入了兩個n型導電的小島.整個晶體覆蓋了二氧化硅(SiO2)層,並留出供用於連接S和D的兩個窗口. SiO2高度絕緣且電壓相對固定.在絕緣層上(如圖所示)蒸發作為柵极電極的鋁層.基片飲食有特殊的引線B.這條引線或在外殼內與源极引線相連,或從外殼引出.電路符號:S = 源极G = 柵极D = 漏极,导电沟道,P 型基底,两个N 区,金属铝,
2、SiO2绝缘层,N 沟道增强型,假如在漏极(D)引線上加相對於源极(S)引線為正的電壓,便沒有電流流過.如果將電壓的极性顛倒,同樣也沒有電流流過.MOS被截止.柵极(G)引線相對於源极和基片維持正電壓,如+4V.這時,基片存在電場.儘管p型導電基片含有作為自由載流子的空穴,但也包含若干作為少數載流子的電子.電子被柵极引線吸引,它們在電場力的作用下移動到緊鄰的SiO2絕緣層上,並在那里被收集.這時,電子在該區域的數量比空穴多得多,形成多數載流子.空穴向與電子相反的方向運動,它們移出SiO2層附近的區域.這時,該區域便包含有絕對多數的作為自由載流子的電子,從而具有n型導電的特徵.這時,在n型導電源
3、极小島與n型導電漏极小島之間形成n型導電通道.電子要以越過這個導電通道從源极引線向漏极引線.通道的導電率可以改變.由於電子相互排斥,故需要一種 使它們聚合的力.正柵极電壓的放大導致通道的電子增加,由 此,通道的傳導性更好.減小正柵壓導致通道的電子缺乏,由此 通道的傳導性變美.,通過控制通道的導電率,漏极電流ID也得到控制.為了進行控制,只需要一種電壓,而幾乎不需要控制電流.因此,進行控制不消耗功率.一.增強型當柵极電壓為0或柵极開路時,從源极到漏极的通道被截止,晶體管在柵极電壓不足時,自身將截止,因此,也叫做自截止型MOS-FET.通道只由增強SiO2層附近的區域形成.這類晶體管的另一個名稱是
4、增強型晶體管.英文名稱為enhancement(增強型)和normally-off-type(常開型). 二.耗盡型在製作MOS場效應晶體管時,通過輕n型摻雜,可能在源极與漏极之間形成通道(如圖所示).這種MOS-FET在源极與漏极之間已經具有導電通道,而無需在柵极上外加電壓.這類晶體管稱為自導電型MOS-FET.正柵壓導致通道的電子增加,由此將吸引附加的電子,使通道傳導性更好.負柵壓導致通道中的電子缺乏,由此使通道的傳導性變差.由於常常采用負柵壓進行控制,故這類晶體管也叫做耗盡型晶體管.英文名稱為depletion type(耗盡型)或normally-on-type(常閉型).,電路符號,
5、N 沟道耗尽型,P 沟道增强型,P 沟道耗尽型,予埋了導電溝道,予埋了導電溝道,MOSFET管的工作原理 以N 沟道增强型为例,UGS=0时,对应截止区,UGS 0,VT称为阈值电压,感应出電子,UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。,当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,UDS增加，UGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,第二章 MOSFET的特性曲線和極限參數,一.對於所有MOS-FET,常采用以下兩種特性曲線族: 1.ID-UDS特性曲線族,也叫做輸出特性曲線族. 2.ID-UGS特性曲
6、線族,也叫做控制特性曲線族.由於n溝道MOS場效應晶體管的使用特別廣泛,故應考察這類場效應晶體管的特性曲線.當對電流和電壓取相反符號時,特性曲線便適用於p溝道MOS場效應晶體管.下圖表示自截止型MOS-FET(n溝道型)的ID-UDS特性曲線.為了建立n型導電通道,要求最小柵极電壓.這個電壓處在1V與2V之間.假如柵极電壓更小,則幾乎沒有漏极電流流過.溝道夾斷出現用虛線表示的夾斷線與特性曲線的交點處.從這個交點起,特性曲線的變化略微上升.,由ID-UDS特性曲線族可以繪出控制特性曲線族.對於每個漏极電壓UDS, 得到一條特性曲線.下圖中,除ID-UDS特性曲線族外,還示出UDS=5V,10V,
7、15V時的ID-UGS特性 曲線族. ID-UGS特性曲線的陡度表征晶體管的控制特性. ID-UGS特性曲線在某個工作點A的陡度給出該工作點的跨導S的值.,下圖所示曲線適用於自導型MOS-FET(n溝道型). 當UGS=0時,由於通道的存在, 便已流過一定的電流ID. 在正柵极電壓下,通道的導電 率增大.柵极電壓越正, ID-UDS 特性曲線的變化越大. 在負柵极電壓下,通道的導電 率下降. ID-UDS特性曲線的變 化相應地較小. 有關輸出電阻rds和跨導S的特 徵參數的數據資料當然同樣適 用於自導型MOS-FET和自截止型MOS-FET. MOS-FET場效應晶體管的輸入電阻rgs特 別大
8、,其數值達到1015,典型值為1014.,柵极引線與基片形成電容.這種所謂輸入電容CGS視MOS-FET的結構而有 很差別.典型值為:通過與小輸入電容相結合的高輸入電阻,MOS-FET對柵极與基片之間的 靜態充電非常靈敏.輕輕摩擦塑料物體所產生的10-9As電荷已經引起很高 的電壓,而薄的SiO2絕緣層不能承受這樣高的電壓,它會引起擊穿,從而損 壞FET.為了避免這類損壞,故提供具有引線短路的MOS-FET(如圖).短路環只 有在焊接FET之后才能拿掉.某些MOS-FET在外殼內部配備了保護二极管線路.這個保護二极管線路 是晶體的組成部分,通常採用兩個彼此反射連接的齊納二极管線路(如圖).,二
9、.极限參數 超過極限參數時,可能會損壞元件. MOS場效應晶體管的極限參數有:相對於源极的最大漏极電壓 UDSmax相對於基片的最大漏极電壓 UBSmax相對於源极的最大柵极電壓 UGSmax最大漏极電流 IDmax最大耗散功率(在25的環境溫度下) Ptot最高耗盡層溫度 Tj 三.對溫度的依賴關係MOS場效應晶體管對溫度的依賴性較小.隨著溫度的升高,溝道內載流子的率下 降.由此,ID電流減小.隨著溫度的升高,用來使電流ID截止所需的柵极電壓增大.因此,當柵极電壓降 低相同數值時,在溫度較高時通道導電率的降低要比溫度較低時小.由此,電流ID 將增大.兩種效應的作用幾乎相互抵消,所以,在許多情況下,對溫度的依賴關係可以忽 略不計.,第三章 MOSFET的參數特性,一.直流參數特性,二.交流參數特性,三.功率相關參數特性,第四章 MOSFET的應用,場效應晶體管主要用於放大電路和開關電路.與雙极晶體管相比,其突 出優點是有可能進行不消耗功率的控制.MOS電路的功率消耗遠小於采用 雙极晶體管的電路,而略小於采用耗盡型FET的電路.利用MOS-FET能獲得短的開關時間和高的截止頻率.固有噪聲小且低於 雙极晶體管的值,特別是在高頻範圍則更是如此.在低頻範圍,耗盡型FET 的噪聲特別小.同雙极晶體管的情況一樣,場效應晶體管也有三種放大器 基本電路(如圖).,THANK YOU!,
