1、第5章场效应管 FET 参见 模拟部分5 3节 5 1节 应用电场效应工作的电子器件 单极型晶体管 电压控制电流器件 功耗小 输入阻抗高 抗干扰能力强 广泛应用于大规模集成电路中 FET是 增强型 耗尽型 耗尽型 FET场效应管 JFET结型 MOSFET金属 氧化物 半导体型 绝缘栅型 分类 5 1绝缘栅场效应三极管 1 增强型 N沟道增强型为例 1 结构示意图 符号 G极 绝缘栅极 IG 0 Ri可高达1015 图形符号N沟道 增强型 2 工作原理 栅源电压VGS对ID的控制作用 当VGS 0V时 漏源之间是两个背靠背的PN结 在D S之间加上电压不会在D S间形成电流 ID 0 若0 V
2、GS VGS th VT开启电压 时 栅极和衬底间的电场作用 将靠近栅极附近的P型衬底中的空穴向下方排斥 出现了一薄层负离子的耗尽层 同时P型衬底中的少子 电子被吸引到衬底表面 但数量有限 所以不可能形成漏极电流ID VGS 当VGS VT时 靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集足够的电子 可形成将漏极和源极沟通的导电沟道如果此时加有漏源电压 就可以形成漏极电流ID 在VGS 0V时ID 0 只当VGS VT后才会出现漏极电流 这种MOS管称为增强型MOS管 在栅极下方形成的导电沟道中的电子 因与P型半导体的多数载流子 空穴极性相反 故称为反型层 随着VGS的继续增加 ID将不断增加 VGS对漏
3、极电流的控制关系可用ID f VGS VDS 常数称为转移特性曲线 N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如下图 漏源电压VDS对漏极电流Id的影响 当VDS较小时 因沟道存在电梯度 沟道如图 a 呈斜线分布 VGD VGS VDS VT ID将随VDS上升迅速增大 当VGS VT 且固定为某一值时 分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响 当VDS大到一定数值时 VGD VGS VDS VT 靠近漏端的导电沟道被夹断 沟道如图 b 所示 此时称为预夹断 沟道如图 c 所示 漏极输出特性曲线 当VGS VGS th 且为某一定值时 VDS对ID的影响 即ID f VDS VGS 常数 称为漏极输
4、出特性曲线 图4 3 3 a 如ID f VDS VGS 5V VGS正压对iD有控制作用 为随VGS不同而不同的一族曲线 分四个区域 1 当VGS VT时 ID 0 为截止区 2 当VGS VT VDS较小时 N沟道没被预夹断 ID随VDS 而 VGS不同 倾斜度不同 可变电阻区 3 VDS 使导电沟道预夹断后 随着VDS 夹断长度 但电场强度也 ID饱和 饱和区 恒流区线性放大区 4 VDS 到一定值 漏极 衬底间PN结反向击穿 iD急剧 击穿区 2 N沟道耗尽型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图 与增强型不同在于 在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量正离子 当VGS 0时 这些正离子已感应出反型层 在漏源之间形成了沟道 只要有漏源电压 就有漏极电流存在 图形符号 N沟道 耗尽型 VGS 0时 削弱正离子电场的作用 随着 VGS 漏极电流逐渐减小 直至ID 0 对应ID 0的VGS称为夹断电压 用符号VGS off 表示 或用VP表示 当VGS 0时 将使ID进一步增加 与JFET不同 VGS对漏极电流的控制作用 转移特性曲线 与JFET不同 与JFET的转移特性曲线相似 作业 模拟部分P602 4 3 2 4 4 2 4 5 2 4 6P1413 1 1 3 1 2 3 3 2
