文档介绍：结型场效应管
场效管应用原理
MOS场效应管
第三章场效应管
概述
场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单,器件特性便于控制,是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。
场效应管与三极管主要区别:
场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。
场效应管分类:
MOS场效应管
结型场效应管
MOS场效应管
P沟道(PMOS)
N沟道(NMOS)
P沟道(PMOS)
N沟道(NMOS)
MOSFET
增强型(EMOS)
耗尽型(DMOS)
N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似,不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同,因此导致加在各极上的电压极性相反。
N
+
N
+
P
+
P
+
P
U
S
G
D
增强型MOS场效应管
N沟道EMOSFET结构示意图
源极
漏极
衬底极
SiO2
绝缘层
金属栅极
P型硅
衬底
S
G
U
D
电路符号
l
沟道长度
W
沟道宽度
N沟道EMOS管外部工作条件
VDS > 0 (保证栅漏PN结反偏)。
U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。
VGS > 0 (形成导电沟道)
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS
- +
- +
VGS
N沟道EMOS管工作原理
栅衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。
N沟道EMOSFET沟道形成原理
假设VDS =0,讨论VGS作用
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS =0
- +
VGS
形成空间电荷区
并与PN结相通
VGS
衬底表面层中
负离子、电子
VGS 开启电压VGS(th)
形成N型导电沟道
表面层 n>>p
VGS越大,反型层中n 越多,导电能力越强。
反型层
VDS对沟道的控制(假设VGS > VGS(th) 且保持不变)
VDS很小时→ VGD VGS 。此时W近似不变,即Ron不变。
由图 VGD = VGS - VDS
因此 VDS→ID线性。
若VDS →则VGD →近漏端沟道→ Ron增大。
此时 Ron →ID 变慢。
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS
- +
VGS
- +
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS
- +
VGS
- +
当VDS增加到使VGD =VGS(th)时→ A点出现预夹断
若VDS 继续→A点左移→出现夹断区
此时 VAS =VAG +VGS =-VGS(th) +VGS (恒定)
若忽略沟道长度调制效应,则近似认为l 不变(即Ron不变)。
因此预夹断后:
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS
- +
VGS
- +
A
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS
- +
VGS
- +
A
VDS →ID 基本维持不变。
若考虑沟道长度调制效应
则VDS →沟道长度l →沟道电阻Ron略。
因此 VDS →ID略。
由上述分析可描绘出ID随VDS 变化的关系曲线:
ID
VDS
0
VGS –VGS(th)
VGS一定
曲线形状类似三极管输出特性。
MOS管仅依靠一种载流子(多子)导电,故称单极型器件。
三极管中多子、少子同时参与导电,故称双极型器件。
利用半导体表面的电场效应,通过栅源电压VGS的变化,改变感生电荷的多少,从而改变感生沟道的宽窄,控制漏极电流ID。
MOSFET工作原理: