整理4場效應(yīng)晶體管及其電路

精品文檔第四章場效應(yīng)晶體管及其電路【場效應(yīng)管，7學(xué)時(shí)】.MOS場效應(yīng)管EMOS場效應(yīng)管：DMOS場效應(yīng)管；四種MOS場效應(yīng)管比較；小信號模型分析方法.結(jié)型場效應(yīng)管工作原理：伏安特性.場效應(yīng)管應(yīng)用原理§4.1場效應(yīng)管（FET）場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制電流大小的半導(dǎo)體器件。其特點(diǎn)是控制端基本上不需要電流，種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。它在工作過程中只有一種載流子參與導(dǎo)電一一多子。（而在半導(dǎo)體三極管的工作過程中，管子內(nèi)部的多子和少子都參與導(dǎo)電。因此，稱場效應(yīng)管為單極型晶體管，稱半導(dǎo)體三極管為雙極型晶體管）。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。從場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有結(jié)型場效應(yīng)三極管JFET（JunctiontypeFieldEffectTransister）和絕緣柵型場效應(yīng)三極管IGFET（InsulatedGateFieldEffectTransister）之分。IGFET也稱金屬-氧化物從工作方式又分為增強(qiáng)型和耗盡型，由-半導(dǎo)體三極管MOSFET(MetalOxideSemicon-ductorFET)。從工作方式又分為增強(qiáng)型和耗盡型，由于結(jié)構(gòu)和工作原理的特點(diǎn)，結(jié)型場效應(yīng)管只有耗盡型。f 「N溝道結(jié)型場效應(yīng)管4N溝道|p溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場效應(yīng)管4耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道.結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）增強(qiáng)型絕緣柵型場效應(yīng)管4耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道.結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）【1學(xué)時(shí)】1.結(jié)構(gòu)、電路符號及其特點(diǎn)（以N溝道為例）結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)如圖4,1所示，它是在N型半導(dǎo)體的兩側(cè)擴(kuò)散高濃度的P型區(qū)（用P隹示），形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)P區(qū)用歐姆接觸電極連在一起即為柵極G,N型半導(dǎo)體的一端引出為漏極D,另一端為源極S。箭頭由P指向N。實(shí)際的JFET的結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。電極D①rain）稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極;圖4.1結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)精品文檔精品文檔G(Gate)稱為柵極，相當(dāng)于基極；S(Source)稱為源極，相當(dāng)于發(fā)射極。JFET的工作原理(1)當(dāng)v0s=0時(shí)，VGS由零向負(fù)值增加：PN結(jié)耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，導(dǎo)電能力減弱。VGS=Vp，兩個(gè)耗盡層相遇，導(dǎo)電溝道消失，此時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓(為負(fù)值)。(2)當(dāng)VGS=0時(shí)，V0s由零向正值增加：教材P158VGD=VGS-VDS呈楔形分布。當(dāng)vDS增加到使vGD=VGS—vDS=vGS(時(shí)時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷；當(dāng)VDS繼續(xù)增加，漏極處的夾斷繼續(xù)向源極方向生長延長。(FET開始進(jìn)入放大區(qū))(3)G、S間加負(fù)電壓，D、S間加正電壓：G、S間的負(fù)電壓使耗盡區(qū)變寬，導(dǎo)電溝道變窄；D、S間的正電壓使耗盡區(qū)呵導(dǎo)電溝道進(jìn)一步變得不等寬。JFET的特性曲線(a)漏極輸出特性曲線(b)(a)漏極輸出特性曲線(b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖4.2N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線分為三個(gè)區(qū)：①可變電阻區(qū)：受柵源電壓控制的可變電阻。柵源電壓越負(fù)，輸出特性曲線越傾斜，漏源間的等效電阻就越大。②飽和區(qū)(恒流區(qū)、線性放大區(qū))：此時(shí)流過漏源電流為飽和電流IDSS。③擊穿區(qū)：漏源電壓過高>V麗XPN結(jié)發(fā)BRDS生雪崩擊穿。(2)轉(zhuǎn)移特性教材P161二.IGFET(MOS管)【1學(xué)時(shí)】1.結(jié)構(gòu)、電路符號及其工作原理(1)增強(qiáng)型⑴型)NMOS管結(jié)構(gòu)N溝道增強(qiáng)型MOSFET基本上是一種左右對稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極D,一個(gè)是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底，用符號B表示。工作原理①柵源電壓vgs的控制作用當(dāng)Vgs=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在0、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當(dāng)柵極加有電壓時(shí)，若0VVGS<VGS(th)時(shí)，通過柵極和襯底間的電容作用，將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排斥，出現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運(yùn)動，但數(shù)量有限，不足以形成溝道，將漏極和源極溝通，所以仍然不足以形成漏極電流IDo進(jìn)一步增加VGS，當(dāng)VGS>V雙山)時(shí)(vGS(th)稱為開啟電壓)，由于此時(shí)的柵極電壓已經(jīng)比較強(qiáng)，在靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體表層中聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時(shí)精品文檔

精品文檔加有漏源電壓，就可以形成漏極電流IDD。在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子，因與P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反，故稱為反型層。隨著V0s的繼續(xù)增加，ID將不斷增加。在丫GS=0V時(shí)I^0,只有當(dāng)%s>VGS(th)后才會出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。VGS對漏極電流的控制關(guān)系可用fD=f(vGS)|y0nst這一曲線描述，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，見圖4.3。轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。gm的量綱為mA/V,所以gm也稱為跨導(dǎo)?？鐚?dǎo)的定義式如下： mgm=AId/AVgsIUds=const(單位mS)②漏源電壓VDS對漏極電流ID的控制作用當(dāng)VGS>VGS(th)，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。VDS的不同變化對溝道的影響如圖所示。根據(jù)此圖可以有如下關(guān)系%=Vdg+Vgs=-Vgd+%基本均勻降落在溝道中，溝道%二%-VDS基本均勻降落在溝道中，溝道當(dāng)VDS為0或較小時(shí)，相當(dāng)VGD>VGS(th),溝道分布如圖，此時(shí)VDS呈斜線分布。在緊靠漏極處，溝道達(dá)到開啟的程度以上，漏源之間有電流通過。當(dāng)V^增加到使VGD=VGS(th)時(shí)，溝道如圖所示。這相當(dāng)于VDs增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟(a)輸出特性曲線 (b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖4.4漏極輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線的情況，稱為預(yù)夾斷，此時(shí)的漏極電流ID基本飽和。當(dāng)vds增加到VGD<VGS(th)時(shí)，溝道如圖所示。此時(shí)預(yù)夾斷區(qū)域加長，伸向S極。(a)輸出特性曲線 (b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖4.4漏極輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線當(dāng)VGS>VGS(th)，且固定為某一值時(shí)，VDS對Id的影響，即fd=f(Vds)?Vw這一關(guān)系曲線如圖4.4所示。這一曲線稱為漏極輸出特性曲線。(2)耗盡型(口型)NMOS管(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖4.5N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如圖4.5(a)所示，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)VGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)VGS>0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。VGS<0時(shí)，隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0O對應(yīng)ID=0的vgs稱為夾斷電壓，用符號vgs(的表示，有時(shí)也用Vp表示。(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖4.5N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線精品文檔精品文檔(3)增強(qiáng)型PMOS管P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。.轉(zhuǎn)移特性與輸出特性.MOS管的微變等效電路§4.2場效應(yīng)管的特性【1學(xué)時(shí)】.四個(gè)重要特性.開關(guān)特性.放大恒流特性.電容特性.壓控電阻特性.主要參數(shù)MOS管基本放大電路.單極共源放大電路10?5學(xué)時(shí)】.單極共漏放大電路.單極共柵放大電路精品文檔

精品文檔精品文檔晶體管與場效應(yīng)管的比較及*集成工藝一.晶體管與場效應(yīng)管的比較【0.5學(xué)時(shí)】場效應(yīng)三極管結(jié)型耗盡型 N溝道P溝道絕緣柵增強(qiáng)型N溝道P場效應(yīng)三極管結(jié)型耗盡型 N溝道P溝道絕緣柵增強(qiáng)型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道D、S一般可倒置使用多子漂移電壓輸入電壓控制電流源VCCS（gm）較小較小，并有零溫度系數(shù)點(diǎn)幾兆歐姆以上易受靜電影響適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成C、E一般不可倒置使用載流子多子擴(kuò)散、少子漂移輸入量電流輸入控制 電流控制電流源cccs（B）噪聲 較大溫度特性受溫度影響較大輸入電阻幾十到幾千歐姆靜電影響不受靜電影響集成工藝不易大規(guī)模集成2.BJT和FET的選擇①場效應(yīng)管的S、G、D電極與晶體管的e、b、c相對應(yīng)。②場效應(yīng)管是電壓控制器件，柵極基本上不取電流，而晶體管的基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號源取極小量電流的情況下，應(yīng)該選用場效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用晶體管進(jìn)行放大可以得到比場效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。③場效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而晶體管則是既利用多子又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因此在環(huán)境變化比較劇烈的條件下，采用場效應(yīng)管比較合適。④與雙極型晶體管相比，場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)較小，所以在低噪聲放大器的前級通常選用場效應(yīng)管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來說，當(dāng)信（號）噪（聲）比是主要矛盾時(shí)，還應(yīng)選用場效應(yīng)管。⑤場效應(yīng)管的漏、源極可以互換，耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比晶體管強(qiáng)。⑥場效應(yīng)管和晶體管都可以用于放大或作可控開關(guān)，但場效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用，而且制造工藝便于集成化，因此在電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。二.集成工藝10.5學(xué)時(shí)】集成電路是六十年代初期發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體器件，它采用一定的生產(chǎn)工藝把晶體管、場效應(yīng)管、二極管、電阻、電容以及它們之間的連線所組成的整個(gè)電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有一定功能的器件，所以又稱為固體組件。由于它的元件密度高、連線短、體積小、重量輕、功耗低、外部接線及焊點(diǎn)少，從而提高了電子設(shè)備的可靠性和靈活性，降低了成本，而且實(shí)現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的三結(jié)合，為電子技術(shù)的應(yīng)用開辟了一個(gè)新時(shí)代。.集成電路的制造工藝（1）工藝名詞：精品文檔精品文檔①氧化：氧化是將硅片放在高溫(800?1200℃)的氧氣中使半導(dǎo)體表面形成一層氧化硅薄層的過程，用以防止外界雜質(zhì)的沾污。②光刻：光刻是利用照像制版技術(shù)，將集成電路在制造過程中所需要的圖形刻在硅片上。③擴(kuò)散：擴(kuò)散工藝就是將磷、砷、硼等元素的氣體按制造N型或P型半導(dǎo)體的要求，引入擴(kuò)散爐中，爐溫控制在1000c左右，經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間后形成了所要求的雜質(zhì)半導(dǎo)體。每次擴(kuò)散完畢就要進(jìn)行一次氧化，把表面保護(hù)起來。④外延：外延生長技術(shù)用于在半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)與基片結(jié)晶軸同晶向的半導(dǎo)體薄層，該薄層稱為外延層。它的作用是保證半導(dǎo)體表面性能均勻。⑤蒸鋁：即在真空中將鋁蒸發(fā)，沉積在硅片表面上，為以后制造連接線和引線作準(zhǔn)備。2)PN結(jié)隔離技術(shù)由于集成電路中所有的元件都制造在同一塊硅片上，為了保證電路的性能，各元件之間必須實(shí)行絕緣隔離。目前集成工藝中最常用的是PN結(jié)隔離，其次是介質(zhì)隔離。PN結(jié)隔離是利用反向偏置的PN結(jié)具有很高的電阻這一特點(diǎn)，把各元件所在的N區(qū)或P區(qū)四周用PN結(jié)包圍起來，使各元件之間形成絕緣隔離。介質(zhì)隔離是利用二氧化硅把各元件所在的區(qū)域包圍起來實(shí)現(xiàn)隔離。3)集成電路的封裝分為雙列直插式，圓殼式，標(biāo)貼式。.集成元件的結(jié)構(gòu)(1)集成雙極型晶體管①集成NPN管、PNP管②多發(fā)射極管和多集電極管：在數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛。(2)集成MOS管：右圖是NMOS管和PMOS管組成的互補(bǔ)電路(簡稱CMOS管)中兩個(gè)管子的結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的電路。這種電路具有功耗小，輸入電流小，連接方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的集成電路之一。在以后再做具體介紹。.集成元件的特點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)工藝制造出來的集成電路中