《场效应管》PPT课件

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1、第3章　场效应管概　述3.1MOS场效应管3.2结型场效应管3.3场效应管应用原理1概述场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。场效应管与三极管主要区别：场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。场效应管分类：MOS场效应管结型场效应管第3章　场效应管23.1MOS场效应管P沟道(PMOS)N沟道(NMOS)P沟道(PMOS)N沟道(NMOS)MOSFET增强型(EMOS)耗尽型(DMOS)N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质

2、不同，因此导致加在各极上的电压极性相反。第3章　场效应管3N+N+P+P+PUSGD3.1.1增强型MOS场效应管N沟道EMOSFET结构示意图源极漏极衬底极SiO2绝缘层金属栅极P型硅衬底SGUD电路符号l沟道长度W沟道宽度第3章　场效应管4N沟道EMOS管外部工作条件U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。VDS>0(保证漏衬PN结反偏)。VGS>0(形成导电沟道)PP+N+N+SGDUVDS-+-+VGSN沟道EMOS管工作原理栅-衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。第3章　场效应管5N沟道EMOSFET沟道形成原理假设VDS=0，讨论VGS作用PP+N+N+SGDUV

3、DS=0-+VGS形成空间电荷区并与PN结相通VGS衬底表面层中负离子、电子VGS开启电压VGS(th)形成N型导电沟道表面层n>>p反型层第3章　场效应管形成电场EE加VGSVGSVGS越大，反型层中n越多，导电能力越强。6VDS对沟道的控制(假设VGS>VGS(th)且保持不变)VDS很小时→VGDVGS。此时W2近似不变，即Ron不变。由图VGD=VGS-VDS因此VDS→ID线性。若VDS→则VGD→近漏端沟道W2→Ron增大。此时Ron→ID变慢。PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+第3章　场效应管E2E37当

4、VDS增加到使VGD=VGS(th)时→A点出现预夹断若VDS继续→A点左移→出现夹断区此时VAS=VAG+VGS=-VGS(th)+VGS(恒定)若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变(即Ron不变)。因此预夹断后：PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+APP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+AVDS→ID基本维持不变。第3章　场效应管8若考虑沟道长度调制效应则VDS→沟道长度l→沟道电阻Ron略。因此VDS→ID略。由上述分析可描绘出ID随VDS变化的关系曲线：IDVDSOVGS–VGS(th)VGS一定曲线形状类似三极管输出特性。第3章　场效应管9MOS管仅依靠

5、一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。MOSFET工作原理：第3章　场效应管10由于MOS管栅极电流为零，故不讨论输入特性曲线。共源组态特性曲线：ID=f(VGS)VDS=常数转移特性：ID=f(VDS)VGS=常数输出特性：伏安特性+TVDSIG0VGSID+--转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。第3章　场效应管11NEMOS管输出特性曲线非饱和区特点：ID同时受VGS与VDS的控制。当VGS为常

6、数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性；当VDS为常数时，VGSID，表现出一种压控电阻的特性。沟道预夹断前对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)VDS

7、第3章　场效应管13饱和区特点：ID只受VGS控制，而与VDS近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道预夹断后对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)VDS>VGS–VGS(th)考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随VDS的增加略有上翘。注意：饱和区(又称有源区)对应三极管的放大区。第3章　场效应管另外：