单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,精选ppt,*,1.4,场效应晶体管,场效应晶体管,（,F,ield,E,ffect,T,ransistor,，,FET,）,简称,场效应管,，是,利用输入电压产生的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，是,电压控制型器件,。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称,单极型晶体管,。,特点,输入端电流极小，因此它的,输入电阻很大,利用多数载流子导电，其,温度稳定性较好,抗辐射能力强、功耗低、噪声低,1,精选ppt,1.4场效应晶体管场效应晶体管（Field Effect,N,沟道,P,沟道,增强型,耗尽型,N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,（耗尽型）,FET,场效应管,JFET,结型,MOSFET,绝缘栅型,（,IGFET,）,1.4,场效应晶体管,2,精选ppt,N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）F,D,S,G,N,符号,1.4.1,结型场效应管,（,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor,）,结构,图,1.4.1,N,沟道结型场效应管结构图,N,型导电沟道,N,型硅棒,栅极,源极,漏极,P,+,P,+,P,型区,耗尽层,(,PN,结,),在漏极和源极之间加上一个正向电压，,N,型半导体中多数载流子,电子,可以导电。,导电沟道是,N,型的，称,N,沟道结型场效应管,。,3,精选ppt,DSGN符号1.4.1结型场效应管（Junction Fi,P,沟道场效应管,P,沟道结型场效应管结构图,N,+,N,+,P,型沟道,G,S,D,P,沟道场效应管是在,P,型硅棒的两侧做成高掺杂的,N,型区,(,N,+,),，,导电沟道为,P,型,，多数载流子为空穴。,符号,G,D,S,4,精选ppt,P 沟道场效应管P 沟道结型场效应管结构图N+N+P型沟道,一、结型场效应管工作原理,N,沟道结型场效应管,是通过改变,U,GS,的大小来控制漏极电流,I,D,的。,(VCCS),G,D,S,N,N,型沟道,栅极,源极,漏极,P,+,P,+,耗尽层,*,在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流,I,D,减小，反之，漏极,I,D,电流将增加。,*,耗尽层的宽度改变主要在沟道区。,5,精选ppt,一、结型场效应管工作原理 N 沟道结型场效应管,1.,当,U,DS,=0,时,，,u,GS,对导电沟道的控制作用,I,D,=0,G,D,S,N,型沟道,P,+,P,+,(,a,),U,GS,=0,U,GS,=0,时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽,U,GS,由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟道相应变窄。,当,U,GS,=,U,GS,（,Off),，耗尽层合拢，导电沟道被夹断,.,I,D,=0,G,D,S,P,+,P,+,N,型沟道,(,b,),U,GS(off),U,GS,0,，耗尽层呈现楔形。,(,a,),(,b,),u,GD,u,GS,u,DS,u,DS,u,GD,靠近漏极一边的导电沟道变窄。,d-s,呈现电阻特性。,G,D,S,N,P,+,P,+,V,GG,7,精选ppt,2.当uGS 为UGS（Off)0中一固定值时,uDS,u,DS,u,GD,=,U,GS(off),，,沟道预夹断,u,DS,u,GD,u,GS(off),，,夹断，,i,D,几乎不变,(,1,),改变,u,GS,，,改变了,PN,结中电场，控制了,i,D,，故称场效应管；,(,2,),结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使,PN,反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。,G,D,S,P,+,N,i,S,i,D,P,+,P,+,V,DD,V,GG,(,c,),G,D,S,i,S,i,D,P,+,V,DD,V,GG,P,+,P,+,(,d,),8,精选ppt,uDS uGD=UGS(off)，沟道预夹断u,3.,当,u,GD,u,GS(off),时，,u,GS,对漏极电流,i,D,的控制作用,场效应管用,低频跨导,g,m,来描述动态的栅,-,源电压对漏极电流的控制作用。,由于漏极电流受栅,-,源电压的控制，故称场效应管为电压控制元件,(VCCS),。,在,u,GD,u,GS,u,DS,u,GS(off),情况下，当,u,DS,为一常量时，对应于确定的,u,GS,，就有确定的,i,D,。此时，可以通过改变,u,GS,来控制的,i,D,大小。,g,m,=,i,D,/,u,GS,(,单位,mS,，西门子,),9,精选ppt,3.当uGD,u,GS(off),情况下,即当,u,DS,u,GS,-,u,GS(off),对应于不同的,u,GS,，,d-s,间等效成不同阻值的电阻。,(2),当,u,DS,使,u,GD,u,GS(off),时，,d-s,之间预夹断,(3),当,u,DS,使,u,GD,uGS(of,二、结型场效应管的特性曲线,1.,转移特性,(,N,沟道结型场效应管为例,),O,u,GS,i,D,I,DSS,U,GS(off),图 转移特性,u,GS,=0,，,i,D,最大；,u,GS,愈负，,i,D,愈小；,u,GS,=,U,GS(off),，,i,D,0,。,两个重要参数,饱和漏极电流,I,DSS,(,U,GS,=0,时的,I,D,),夹断电压,U,GS(off),(,I,D,=0,时的,U,GS,),U,DS,i,D,V,DD,V,GG,D,S,G,V,-,+,V,-,+,u,GS,特性曲线测试电路,mA,11,精选ppt,二、结型场效应管的特性曲线1.转移特性(N 沟道结型场效应,2.,输出特性曲线,当栅,-,源之间的电压,U,GS,不变时，漏极电流,i,D,与漏之间电压,u,DS,的函数关系，即,结型场效应管转移特性曲线的近似公式：,12,精选ppt,2.输出特性曲线当栅-源之间的电压 UGS 不变时，漏极,I,DSS,/V,预夹断轨迹,恒流区,可变电阻区,漏极特性也有三个区：,可变电阻区、恒流区和夹断区。,图,1.4.5,(,b,),漏极特性,输出特性曲线,夹断区,U,DS,i,D,V,DD,V,GG,D,S,G,V,-,+,V,-,+,u,GS,图,1.4.5(a),特性曲线测试电路,+,-,mA,击穿区,i,D,/,mA,u,DS,/,V,O,U,GS,=0V,-,1,-,2,-,3,-,4,-,5,-,6,13,精选ppt,IDSS/V预夹断轨迹恒流区 可变电阻区漏极特性也有三个区,结型,P,沟道的特性曲线,S,G,D,转移特性曲线,i,D,U,GS,（,Off,）,I,DSS,O,u,GS,输出特性曲线,i,D,U,GS,=0V,2+,u,DS,4+,8+,o,栅源加正偏电压，,(PN,结反偏,),漏源加反偏电压。,14,精选ppt,结型P 沟道的特性曲线SGD转移特性曲线iDUGS（Of,结型场效应管的缺点：,1.,栅源极间的电阻虽然可达,10,7,以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3.,栅源极间的,PN,结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2.,在高温下，,PN,结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,15,精选ppt,结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上,1.4.2,绝缘栅型场效应管,MOSFET,Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,由金属、氧化物和半导体制成。称为,金属,-,氧化物,-,半导体场效应管,，或简称,MOS,场效应管,。,特点：输入电阻可达,10,10,以上。,类型,N,沟道,P,沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,U,GS,=0,时漏源间存在导电沟道称,耗尽型场效应管；,U,GS,=0,时漏源间不存在导电沟道称,增强型场效应管。,16,精选ppt,1.4.2绝缘栅型场效应管 MOSFET 由,一、增强型,N,沟道,MOSFET,(,M,ental,O,xide,S,emi FET,),1.,结构与符号,P,型衬底,(,掺杂浓度低,),N,+,N,+,用扩散的方法,制作两个,N,区,在硅片表面生一层薄,SiO,2,绝缘层,S D,用金属铝引出,源极,S,和漏极,D,G,在绝缘层上喷金属铝引出栅极,G,B,耗,尽,层,S,源极,Source,G,栅极,Gate,D,漏极,Drain,S,G,D,B,17,精选ppt,一、增强型 N 沟道 MOSFET1.结构与符号P 型衬底,1.,工作原理,绝缘栅场效应管利用,U,GS,来控制,“,感应电荷,”,的多少，改变由这些,“,感应电荷,”,形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流,I,D,。,2.,工作原理分析,(,1,),U,GS,=0,漏源之间相当于两个背靠背的,PN,结，无论漏源之间加何种极性电压，,总是不导电,。,S,B,D,18,精选ppt,1.工作原理 绝缘栅场效应管利用 UGS,(,2,),U,DS,=0,，,0,U,GS,U,GS(th),P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥,P,型衬底靠近,SiO,2,一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。,V,GG,-,-,-,-,-,-,-,-,-,(,3,),U,DS,=0,，,U,GS,U,GS(th),当,U,GS,增大时，耗尽层变宽，同时将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个,N,型薄层，称为,反型层,。这个反型层就构成了漏源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅,-,源电压称为,开启电压,U,GS(th),。,U,GS,越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。,-,-,-,N,型沟道,19,精选ppt,(2)UDS=0，0 UGS,U,GS(th),),导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流,I,D,。,b.,U,DS,=,U,GS,U,GS(th),，,U,GD,=,U,GS(th),靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。,c.,U,DS,U,GS,U,GS(th),，,U,GD,U,GS(th),由于夹断区的沟道电阻很大，,U,DS,逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，,i,D,因而基本不变。,a.,U,DS,U,GS(th),P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,V,GG,V,DD,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,V,GG,V,DD,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,V,GG,V,DD,夹断区,20,精选ppt,(4)UDS 对导电沟道的影响(UGS UGS(th,D,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,V,GG,V,DD,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,V,GG,V,DD,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,V,GG,V,DD,夹断区,图,1.4.9,U,DS,对导电沟道的影响,(,a,),U,GD,U,GS(th),(,b,),U,GD,=,U,GS(th),(,c,),U,G,D,U,GS,U,GS(th),时，对应于不同的,u,GS,就有一个确定的,i,D,。,此时，可以把,i,D,近似看成是,u,GS,控制的电流源。,21,精选ppt,DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSD,3.,特性曲线与电流方程,(,a,),转移特性,(,b,),输出特性,U,GS,U,GS(th),时,),三个区：可变电阻区、恒流区,(,或饱和区,),、夹断区。,U,T,2,U,T,I,DO,u,GS,/V,i,D,/mA,O,图,1.4.10,(,a,),图,1.4.10,(,b,),i,D,/,mA,u,DS,/,V,O,预夹断轨迹,恒流区,可变电阻区,夹断区。,U,GS,增加,22,精选ppt,3.特性曲线与电流方程(a)转移特性(b)输出特性UGS,二、,N,沟道耗尽型,MOS,场效应管,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,+,制造过程中预先在二氧