1、场效应晶体管FET,场效应管与三极管不同，它是利用多子导电，属于单极型晶体管.,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管MOSFET,场效应管有两种:,绝缘栅场效应管（IGFET）,绝缘栅场效应管的栅极与其他电极绝缘。它利用栅源间电压所产生的电场效应控制半导体内载流子的运动。,根据绝缘材料的不同分为：,金属氧化物半导体场效应管（简称MOSFET或MOS管）,金属氮化硅半导体场效应管（简称MNSFET或MNS管）,金属氧化铝半导体场效应管 （简称MALSFET）,N沟道增强型MOSFET,增强型NMOS管的结构示意图(立体图),简称增强型NMOS管,增强型NMOS的剖面图,源极S,漏极D,栅极G,
2、SiO2 绝缘层,SiO2,SiO2,利用掺杂浓度较低的P型硅片作基片（衬底），并引出电极衬底B,在两个高掺杂浓度的N型半导体上引出两个电极：源极S、漏极D。,在SiO2绝缘层上沉积出铝层并引出栅极G。,P衬底,金属,衬底B,由于栅极和源极、漏极、衬底之间相互绝缘，故称绝缘栅场效应管。,由于管子是金属氧化物半导体构成，故简称MOS场效应管。,增强型NMOS管的工作原理,(一) uGS对iD及导电沟道的控制作用,1. uGS=0,MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。,增强型NMOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结,即使加上漏-源电压uDS，而且不论uDS
3、的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，只有很小的漂移电流。这时漏极电流iD0。,2. uGS0 但uGSUT （在栅-源极间加上正向电压）,栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场; 这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。 当uGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现,3. uGS继续增加,uGS增加时，吸引到P衬底表面的电子就增多，当uGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面
4、便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层; uGS越大，电场越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。,开始出现反型层时的栅-源电压称为开启电压，用UT表示。,综上： 增强型NMOS管在uGSUT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态； 只有当uGSUT时，才有沟道形成，此时在漏-源极间加上正向电压uDS，才有漏极电流产生。 而且uGS增大时，沟道变厚.,必须在uGSUT时 才能形成导电沟道 的MOS管称为 增强型MOS管。,增强型NMOS管的符号,箭头方向从P区指向N型沟道,(二) uDS对iD的影响
5、(当uGSUT且为一确定值时),当uDS= 0时，沟道里没有电子的定向运动，iD=0；,当uDS0但较小（uDSUT)，源漏极两端沟道的厚度不相等。漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚；而漏极一端电压最小，其值为因而这里沟道最薄。所以iD随uDS近似呈线性变化。,图(a),随着uDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当uDS增加到使uGD=uGS-uDS=UT(或uDS=uGS-UT)时，沟道在漏极一端出现预夹断，即只要uDS再增加一点，沟道就被夹断，成为耗尽区。图(b),再继续增大uDS， (uGDUT)夹断点将向源极方向移动，
6、图(c)。由于uDS的增加部分几乎全部降落在夹断区(此处电阻大) ，而对沟道的横向电场影响不大，沟道也从此基本恒定下来。故iD几乎不随uDS增大而增加，管子进入饱和区(或恒流区、放大区)，iD几乎仅由vGS决定。,图(b),图(c),输出特性曲线：,当uDS = 0 时，漏极电流ID = 0。,当uDS较小时， 源漏极两端沟道的宽度不相等，如图(a)iD 随uDS 的增大而增大，为曲线上升部分，即可变电阻区(RON:几百欧),当uDS增大到使uGD= UT时，产生临界状态（图b），临界状态称为预夹断，此时 uDS = uGS - UT。,当uDS继续增大，耗尽区向源极扩展（图c），uDS增加值
7、主要降落在耗尽区上，iD增加很少，即为恒流区。在恒流区内，电流 iD 只受 uGS 控制，uGS 越大，饱和 电流越大，输出特性为一组受 uGS 控制的近似平行线。,转移特性曲线：,特点： 当0 0,但无栅流 当 uG S UT 时，导电沟道形成，iD 0。 （ iD 为10A）,外加正栅压越大，沟道越宽，沟道电阻越小，iD越大，NMOS管处于导通状态,开启电压UT,NMOS管的UT为正值，一般在 25V之间,耗尽型NMOS管的结构示意图,N沟道耗尽型MOSFET,耗尽型NMOS管在制造过程中就形成了导电沟道，即uGS=0时就有导电沟道，所以只要uDS 0，漏极就有电流。,耗尽型NMOS管的符
8、号,箭头方向从P型沟道指向N区,输出特性曲线：,如果在栅极上加上正电压，指向衬底的电场将增强，沟道加宽。uGS越大，沟道越宽，漏极电流越大。,当uGS0时，电场减弱，沟道变窄，漏极电流减小。,当uGS小到某一值时，原始沟道消失，漏极电流趋近于零，管子截止。这个临界的负电压称为夹断电压（UP）。,转移特性曲线：,MOSFET符号,N沟道耗尽型,N沟道增强型,绝缘栅型场效应管的特性:,P沟道耗尽型,P沟道增强型,绝缘栅型场效应管的特性:,MOS管的开关作用：,(1) N 沟道增强型 MOS 管,开启电压 UTN = 2 V,(2) P 沟道增强型 MOS 管,开启电压 UTP = - 2 V,MO
9、S门的开关作用,MOS门 D 、 S极之间的开关状态受 UGS 的控制,增强型：,N沟道,P沟道,UGS UT 0(开启电压）,UGS UT,UGS UT 0(开启电压）,UGS UT,1 MOS 管非门,MOS管截止,2.,MOS 管导通（在可变电阻区）,真值表,0,1,1,0,A,Y,1.,故,2. CMOS反相器,Complementary -Symmetry MOS 互补对称式MOS,T2(负载管）,T1 (驱动管）,T1 : ON T2: OFF,OFF ON,1) 结构,“0” (0V),UGS UT 0 导通,UGS0 截止,“1” (+UDD),2) 工作原理, UA=0V,“
10、0” (0V),UGS UT 0 截止,UGS UT 0 导通,“1” (+UDD),F, UA= UDD,3. CMOS与非门,F =,工作原理:,结构:,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,4. CMOS或非门,F =,工作原理:,结构:,0 0 1,0 1 0,1 0 0,1 1 0,实现线与 电路如右图所示，逻辑关系为:,一、集电极开路的与非门（OC门）,（Open Collector),二 、三态输出与非门（TS门）,(Three State),三种状态,高电平,低电平,高阻状态（禁止状态）,标准与非门 输出状态,符号：,功能表：,接低电平时 为工作状态,用途,主要作为TTL电路与总线（BUS)间的接口电路,公用总线,用公用总线分时传送不同数据,译码器, 门工作, 门工作, 门工作,
