第1章4講 場效應(yīng)管

第四講場效應(yīng)管P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強型N溝道N溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道一、場效應(yīng)管的分類(fieldeffecttransistor)1、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET)結(jié)構(gòu)和符號P+P+NGSD導(dǎo)電溝道二、場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號（一）結(jié)型場效應(yīng)管（JFET)（1）VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS＜0時PN結(jié)反偏

當(dāng)溝道夾斷時,ID減小至0，此時對應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP(或VGS(off))。對于N溝道的JFET，VP<0。耗盡層加厚

溝道變窄

VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)變小。DP+P+NGSVDSIDVGS

當(dāng)VGS=0時，溝道最寬，溝道電阻最小，在VDS的作用下N溝道內(nèi)的電子定向運動形成漏極電流ID,此時最大。溝道電阻變大

ID變小

根據(jù)其結(jié)構(gòu)，它只能工作在反偏條件下，N溝道管加負(fù)柵源電壓，P溝道管加正柵源電壓，否則將會出現(xiàn)柵流。2、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET)工作原理當(dāng)VGS=0時，VDS

ID

G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。

當(dāng)VDS增加到VGD=VP時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時VDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

ID基本不變DP+P+NGSVDSIDVGS（2）VDS對溝道的控制作用當(dāng)VP<VGS<0時，對于同樣的VDS，

ID的值比VGS=0時的值要小。在預(yù)夾斷處VGD=VGS-VDS=VP

DP+P+NGSVDSIDVGS(3)VGS和VDS同時作用時

溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制.預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此iG

0，輸入電阻很高。

JFET是利用PN結(jié)反向電壓對耗盡層厚度的控制，來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。#

JFET有正常放大作用時，溝道處于什么狀態(tài)？(2)輸出特性

VP(1)轉(zhuǎn)移特性

3、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET)的特性曲線①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：

③低頻跨導(dǎo)gm：或VDS為常數(shù)時，漏極電流約為零時的VGS值VGS=0時對應(yīng)的漏極電流

低頻跨導(dǎo)反映了vGS對iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子)。④輸出電阻rd：4、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET)主要參數(shù)⑤直流輸入電阻RGS：

對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時RGS約大于107Ω。⑧最大漏極功耗PDM⑥最大漏源電壓V(BR)DS⑦最大柵源電壓V(BR)GS結(jié)型場效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。結(jié)型場效應(yīng)管的缺點MOS場效應(yīng)管N溝道增強型的MOS管P溝道增強型的MOS管N溝道耗盡型的MOS管P溝道耗盡型的MOS管（二）金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管N溝道增強型MOSFET1.結(jié)構(gòu)（N溝道）L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L,與導(dǎo)電能力有關(guān)。Gate/Source/drain漏極D→集電極C源極S→發(fā)射極E絕緣柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導(dǎo)體因此稱之為MOS管

當(dāng)VGS較小時，雖然在P型襯底表面形成一層耗盡層，但負(fù)離子不能導(dǎo)電。當(dāng)VGS=VT時,在P型襯底表面形成一層電子層，形成N型導(dǎo)電溝道，在VDS的作用下形成iD。VDSiD++--++--++++----VGS反型層

當(dāng)VGS=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的PN結(jié)，無論VDS之間加什么電壓都不會在D、S間形成電流iD,即iD≈0.

當(dāng)VGS>VT時,溝道加厚，溝道電阻減少，在相同VDS的作用下，iD將進一步增加。開始時無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在VGSVT時才形成溝道,這種類型的管子稱為增強型MOS管

MOSFET是利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。（2）N溝道增強型MOS場效應(yīng)管工作原理漏源電壓VDS對漏極電流ID的控制作用

當(dāng)VGS＞VT，且固定為某一值時，來分析漏源電壓VDS的不同變化對導(dǎo)電溝道和漏極電流ID的影響。VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS

當(dāng)VDS為0或較小時，相當(dāng)VGD＞VT,此時VDS

基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。在VDS作用下形成ID當(dāng)VDS增加到使VGD=VT時，當(dāng)VDS增加到VGD

VT時，

這相當(dāng)于VDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷。此時的漏極電流ID基本飽和。

此時預(yù)夾斷區(qū)域加長，伸向S極。VDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上,ID基本趨于不變。iD=f(vGS)

vDS=C

轉(zhuǎn)移特性曲線iD=f(vDS)

vGS=C

輸出特性曲線vDS(V)iD(mA)當(dāng)vGS變化時，RON將隨之變化，因此稱之為可變電阻區(qū)恒流區(qū)(飽和區(qū))：vGS一定時，iD基本不隨vDS變化而變化。VGS/V（3）N溝道增強型MOS場效應(yīng)管特性曲線DTGSDTGSTGSDDiVvIVvVvIi時的是2)()1(O2O=>-=（1）N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)+++++++

耗盡型MOS管存在原始導(dǎo)電溝道2.N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管

當(dāng)VGS=0時，VDS加正向電壓，產(chǎn)生漏極電流iD,此時的漏極電流稱為漏極飽和電流，用IDSS表示。當(dāng)VGS＞0時,將使iD進一步增加。當(dāng)VGS＜0時，隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小，直至iD=0，對應(yīng)iD=0的VGS稱為夾斷電壓，用符號VP表示。VGS(V)iD(mA)VPN溝道耗盡型MOS管可工作在VGS0或VGS>0N溝道增強型MOS管只能工作在VGS>0（2）N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管工作原理輸出特性曲線VGS(V)iD(mA)VP轉(zhuǎn)移特性曲線（3）N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管特性曲線絕緣柵場效應(yīng)管N溝道增強型P溝道增強型各類絕緣柵場效應(yīng)三極管的特性曲線絕緣柵場效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型三MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)NMOS增強型1.開啟電壓VT

（增強型參數(shù)）2.夾斷電壓VP

（耗盡型參數(shù)）3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）二、交流參數(shù)1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，

＝0，rds→∞

2.低頻互導(dǎo)gm

考慮到則(其中（增強型）三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

圖各種場效應(yīng)管的符號對比圖各種場效應(yīng)管的符號對比場效應(yīng)管與晶體管的比較

場效應(yīng)管三極管單極性：多子