場(chǎng)效應(yīng)三極管簡(jiǎn)介.ppt

1、1,只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的三極管，稱為場(chǎng)效應(yīng)管，也稱單極型三極管。,場(chǎng)效應(yīng)管分類,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,特點(diǎn),單極型器件(一種載流子導(dǎo)電)；,輸入電阻高；,工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低。,2.7.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)介,2,符號(hào),1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,（1）結(jié)構(gòu),N型溝道,柵極,源極,漏極,在漏極和源極之間加上一個(gè)正向電壓，N 型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。,導(dǎo)電溝道是 N 型的，稱 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。,3,P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管,P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的 N 型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為 P 型，多數(shù)載流子為空穴。,4,（2）

2、工作原理,N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變 UGS 大小來(lái)控制漏極電流 ID 的。,*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會(huì)變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流 ID 減小，反之，漏極 ID 電流將增加。,*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。,5,在漏極與源極間電壓一定時(shí)，漏極電流iD的大小取決于溝道的電阻，當(dāng)材料電阻率和溝道長(zhǎng)度一定時(shí)，溝道的電阻，主要由導(dǎo)電溝道的有效截面積決定，因此，通過(guò)改變導(dǎo)電溝道的截面積，就可以控制漏極電流iD的大小。,1）溝道電流的可控性,iD,6,2）柵源電壓改變溝道大小,當(dāng)漏極與源極之間的電壓不變時(shí)，改變兩個(gè)PN結(jié)耗盡層的大小，就可以控制導(dǎo)電溝道的有效截面

3、積的大小，也就改變溝道的導(dǎo)電能力。在柵極和源極之間加上負(fù)電壓（即uGS 0），此時(shí)兩個(gè)PN結(jié)均為反向偏置，加大這個(gè)反偏電壓，耗盡層不斷變寬，溝道的導(dǎo)電截面積逐漸減小，溝道電阻就隨之增大，漏極電流iD將減小。當(dāng)減小柵源間的反向偏置電壓時(shí)，漏極電流將增大。這就是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)單工作原理。,7,(a)改變 UGS ，改變了 PN 結(jié)中電場(chǎng)，控制了 ID ，故稱場(chǎng)效應(yīng)管； (b)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN 反偏，柵極基本不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。,3）結(jié)論,8,(3)特性曲線,轉(zhuǎn)移特性測(cè)試電路(N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例),兩個(gè)重要參數(shù),飽和漏極電流 IDSS(UGS =

4、 0 時(shí)的 ID),夾斷電壓 UP (ID = 0 時(shí)的 UGS),1）轉(zhuǎn)移特性,9,1）轉(zhuǎn)移特性,轉(zhuǎn)移特性曲線,2）輸出特性,當(dāng)柵源 之間的電壓 UGS 不變時(shí)，漏極電流 ID 與漏源之間電壓 UDS 的關(guān)系，即,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：,UGS = 0 ，ID 最大；UGS 愈負(fù)，ID 愈小；UGS = UP，ID 0。,10,輸出特性有四個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。,2） 輸出特性,uDS=0 時(shí)輸出特性曲線,11,場(chǎng)效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。,UDS = 常數(shù),UDS = 15 V,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本不取

5、電流，其輸入電阻很高，可達(dá) 107 以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。,在輸出特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性,12,2.絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管。,特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá) 109 以上。,類型,N 溝道,P 溝道,增強(qiáng)型,耗盡型,增強(qiáng)型,耗盡型,UGS = 0 時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；,UGS = 0 時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。,13,(1) N 溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管,1) 結(jié)構(gòu)與符號(hào),以P型材料為襯底，在其上制作兩個(gè)N型區(qū)（用N+ 表示），引出兩個(gè)電極作為源極s和漏d

6、，再在表面上覆蓋一層二氧化硅 SiO2絕緣層，并在兩個(gè)N+ 區(qū)之間的絕緣層外蒸發(fā)一層金屬鋁作柵極g。襯底引出引線B，將它與源極連在一起。圖（b）是其電路符號(hào)，其箭頭的方向表示由P型襯底指向N型溝道。,圖 (a),圖 (b),14,2) 工作原理,絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用 UGS 來(lái)控制“感應(yīng)電荷”的多少，改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流 ID。UGS = 0，或者柵極懸空時(shí)，漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的 PN 結(jié)，無(wú)論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。,15,工作原理,P 型襯底中的電子被吸引靠近 SiO2 與空穴復(fù)合，產(chǎn)生由負(fù)離子組成的耗盡層。增大 UGS 耗盡層變寬。,

7、(a) UDS = 0，0 UGS UT,16,(b) UDS = 0，UGS UT,由于吸引了足夠多的電子，會(huì)在耗盡層和 SiO2 之間形成可移動(dòng)的表面電荷層 反型層、N 型導(dǎo)電溝道。 UGS 升高，N 溝道變寬。因?yàn)?UDS = 0 ，所以 ID = 0。 UT 為開(kāi)始形成反型層所需的 UGS，稱開(kāi)啟電壓。,17,(c) UDS UT,導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流 ID 。,(d) UDS= UGS UT， UGD = UT,靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。,18,(e) UDS UGS UT， UGD UT,由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS 逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基

8、本不變，ID 因而基本不變。,19,3) 特性曲線,(a)轉(zhuǎn)移特性,(b)輸出特性,UGS UT ，ID = 0；,UGS UT，形成導(dǎo)電溝道，隨著 UGS 的增加，ID 逐漸增大。,(當(dāng) UGS UT 時(shí)),四個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)(或飽和區(qū))、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。,20,(2)N 溝道耗盡型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管,制造過(guò)程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場(chǎng)在 P 型襯底中“感應(yīng)”負(fù)電荷，形成“反型層”。即使 UGS = 0 也會(huì)形成 N 型導(dǎo)電溝道。,UGS = 0，UDS 0，產(chǎn)生較大的漏極電流；,UGS 0，絕緣層中正離子感應(yīng)的負(fù)電荷減少，導(dǎo)電溝道變窄，ID 減?。?UGS

9、 = - UP , 感應(yīng)電荷被“耗盡”，ID 0。,UP 稱為夾斷電壓,21,N 溝道耗盡型 MOS 管特性,工作條件： uDS 0； uGS 正、負(fù)、零均可。,(a)轉(zhuǎn)移特性,(b)輸出特性,(c)符號(hào),22,3. 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù),(1) 夾斷電壓 UP,(2) 開(kāi)啟電壓 UT,(4) 直流輸入電阻 RGS,輸入電阻很高。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一般在 107 以上，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管更高，一般大于 109 。,(3)飽和漏極電流 IDSS,23,(5) 低頻跨導(dǎo) gm,(6) 極間電容,用以描述柵源之間的電壓 UGS 對(duì)漏極電流 ID 的控制作用。,單位：ID 毫安(mA)；UGS 伏(V)；gm 毫西門子(mS),這是場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容，包括 CGS、CGD、CDS。 極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個(gè)皮法。,24,(7) 漏極最大允許耗散功率 PDM,(8) 漏源擊穿電壓 U(BR)DS,(9)