高二物理競賽課件MOSFET的工作原理

MOSFET的工作原理

2024/8/282MOSFET的工作原理vGS的控制作用自由電子受正電荷吸引向上運(yùn)動(dòng)

復(fù)合掉P型半導(dǎo)體中的空穴，形成空間電荷區(qū)vGS增大超過VGS(th)后自由電子的濃度大于空穴濃度，形成N型層（反型層）圖1.4.70<vGS<vTH圖1.4.8vTH<vGS條件：vDS=02024/8/283NPPGSD預(yù)埋了導(dǎo)電溝道D型NMOS管結(jié)構(gòu)圖：GSD2024/8/284內(nèi)容組織二極管BJTFETNPNPNPJFETMOSNP耗盡增強(qiáng)NPNP1.組成結(jié)構(gòu)2.原理?xiàng)l件,狀態(tài)3.曲線-大信號曲線表達(dá)式4.小信號模型模型等效參數(shù)5.參數(shù)2024/8/285VGS(th)是增強(qiáng)型MOSFET開始形成反型層所需的vGS值，

稱為開啟電壓。對E型NMOS管，VGS(th)為正值，對E型

PMOS管，VGS(th)為負(fù)值。

反型層出現(xiàn)后，SD極間出現(xiàn)導(dǎo)電溝道，vGS越大，導(dǎo)電溝

道越厚，載流子濃度越大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溝道電阻越小。

在滿足vDS>(vGS-VGS(th))，且vDS為定值的條件下，vGS通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電溝道電阻值控制iD的值，就是轉(zhuǎn)移特性。

轉(zhuǎn)移特性的考察均是在恒流區(qū)！?。49頁(表1)：NMOS為例包括D型和E型2024/8/286E型NMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線：PNNGSDUDSUGSvGS越大，導(dǎo)電溝道越厚，電阻越小，iD越大P50頁(表1)：E型NMOS轉(zhuǎn)移特性2024/8/2871.4.2.2vDS的控制作用vDS使溝道內(nèi)產(chǎn)生電位梯度從而使溝道的厚度不均勻。溝通已經(jīng)產(chǎn)生，條件：vGS>VGS(th)vDS增加到vGS－VGS(th)時(shí)，近D端反型層消失，稱為預(yù)夾斷。繼續(xù)增大vDS，夾斷點(diǎn)向S極延伸，夾斷點(diǎn)和S極的電壓不變。圖0<vDS<vGS-vTH圖

vDS=vGS-vTH圖

vDS>vGS-vTH2024/8/288vDS的控制作用（漏源對溝道的影響演示）

2024/8/289E型NMOS管的輸出特性曲線：I區(qū)－線性區(qū)

II區(qū)－飽和區(qū)(恒流區(qū))

III區(qū)－截止區(qū)IV區(qū)－擊穿區(qū)保持vGS為不同固定值時(shí)，得到iD隨vDS變化的一族曲線P50頁(表1)：E型NMOS輸出特性2024/8/2810

耗盡型NMOS管和增強(qiáng)型PMOS管工作原理D型NMOSFET工作原理D型NMOS管

和E型NMOS

管結(jié)構(gòu)基本相

同，區(qū)別僅在

于導(dǎo)電溝道事

先存在，在

vGS=0的時(shí)候，

iD也不等于0。

當(dāng)vGS=VGS(off)

時(shí)，導(dǎo)電溝道

消失，iD=0。vGS=0時(shí)iD>0E型vGS+4結(jié)論：①D型-平移關(guān)系-E型。轉(zhuǎn)移曲線右移、輸出曲線下移。②N、P溝道均一樣！（見課本表1。）2024/8/2811E型PMOSFET工作原理E型PMOS管和NMOS管

的vGS和vDS電壓極性相

反，iD方向也相反。輸出

特性曲線的形狀相似輸出特性曲線處于第三象限E型NMOSN、P原點(diǎn)對稱！D型NMOSD、E平移！總結(jié)：①D型-平移關(guān)系-E型。②N、P溝道原點(diǎn)對稱。(見表1)思考題：畫出D型PMOS的轉(zhuǎn)移曲線和輸出曲線！2024/8/