金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管

上页下页返回模拟电子技术基础4.3金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管(Metal-Oxide-SemiconductortypeFET)N沟道P沟道N沟道P沟道MOSFET耗尽型增强型类别增强型：没有导电沟道，。时，00DGSiv。时，00DGSiv耗尽型：存在导电沟道，上页下页返回模拟电子技术基础4.3.1N沟道增强型MOSFETgsdN+N+SiO2保护层AlbP结构示意图1.结构上页下页返回模拟电子技术基础结构与符号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SiO2绝缘层SD用金属铝引出源极S和漏极DG在绝缘层上喷金属铝引出栅极GB耗尽层S—源极SourceG—栅极GateD—漏极DrainSGD衬底由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅极，N沟道增强符号，箭头方向表示由P指向N。上页下页返回模拟电子技术基础2.工作原理电路连接图PN+sgdN+–++–上页下页返回模拟电子技术基础(1)vGS=0,vDS≠0此时不管vDS极性如何，源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，iD=0PN+sgN+iD=0d–++–漏极和衬底间PN结反偏，漏源之间的电阻很大，没有形成导电沟道，iD=0。上页下页返回模拟电子技术基础PN+sgN+iD=0d–++–(2)vGS0,vDS=0产生垂直向下的电场上页下页返回模拟电子技术基础PN+sgN+iD=0g–++–电场排斥空穴，留下不能移动的负离子吸引P型硅表面的电子形成耗尽层上页下页返回模拟电子技术基础PN+sgN+iD=0d–++–组成sd之间的导电沟道当vGS=VT时电子在P型硅的表面形成N型薄层称为反型层是栅源正电压感应产生的，也称感生沟道上页下页返回模拟电子技术基础PN+sgN+iD=0d–++–在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压叫做开启电压VT。在vGS=0没有导电沟道，必须依靠栅源的作用才形成感生沟道的FET称为增强型MOS管一旦出现感生沟道，两个N型区连在一起，产生电流iD上页下页返回模拟电子技术基础PN+sgN+iD0d–++–vDS(d)沟道反型层呈楔形(b)由于沿沟道有电位梯度沟道厚度源端厚，漏端薄(3)当vGSVT,vDS0时(c)绝缘层内不同点的电场强度不同,左高右低(a)外加较小的vDS时，iD随vDS迅速增大上页下页返回模拟电子技术基础a.vDS升高沟道变窄PN+sgN+iD0d–++–vDS反型层变窄上页下页返回模拟电子技术基础b.当vGD=vGS–vDS=VT时PN+sgN+iD0d–++–uDS沟道在漏极端夹断(b)管子预夹断(a)iD达到最大值上页下页返回模拟电子技术基础c.当vDS进一步增大(a)iD达到最大值且恒定PN+SGN+iD0D–++–uDSPN+sgN+d–++–vDS沟道夹断区延长(b)管子进入恒流区上页下页返回模拟电子技术基础3．特性曲线输出特性曲线VVVTGSDS(a)．输出特性上页下页返回模拟电子技术基础管子工作于恒流区时函数表达式TGSGSDVvvIi2T0D1)-V(（b）转移特性曲线式中，O转移特性曲线DGSDivI时的是T0V2上页下页返回模拟电子技术基础4．参数MOSET与JFET的参数基本相同（见表4.1.1）。不同的是在增强型管子中不用夹断电压VP，而用开启电压VT表征管子的特性。上页下页返回模拟电子技术基础4.3.2N沟道耗尽型MOS管1.MOS管结构示意图sgdN+N+SiO2Alb耗尽层（导电沟道）反型层P上页下页返回模拟电子技术基础绝缘层中渗入了正离子PN+sdN+出现反型层形成导电沟道g上页下页返回模拟电子技术基础导电沟道增宽a.导电沟道变窄b.耗尽型MOS管可以在vGS为正或负下工作,基本上无栅流。PN+sdN++–g上页下页返回模拟电子技术基础4.3.3各种FET的特性比较及使用注意事项见表4.3.1耗尽型增强型当时当时上页下页返回模拟电子技术基础MOSFET符号增强型耗尽型gsdsgdP沟道gsdN沟道gsd上页下页返回模拟电子技术基础场效应管的特点（与双极型晶体管比较）(1)场效应管是一种电压控制器件，即通过vGS来控制iD；双极型晶体管是一种电流控制器件，即通过iB来控制iC。(2)场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非常高;上页下页返回模拟电子技术基础双极型晶体管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。(3)场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的;在双极型晶体管中二种极性的载流子（电子和空穴）同时参与了导电。(4)场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定性较好，且存在零温度系数工作点。上页下页返回模拟电子技术基础(5)场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底在制造时已连在一起的MOS管）漏极和源极可以互换使用，且各项指标基本不受影响，使用方便、灵活。(6)场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性晶体管5%。上页下页返回模拟电子技术基础(7)场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相同的负载电阻下，电压放大倍数比双极性晶体管低。(8)由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。