jfet与mosfet直流特性比较

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1、JFET与MOSFET直流特性分析和比较场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件，根据结构的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管(JEFT)和绝缘栅场效应管(MOSFET)，在分析比较它们的直流特性之前，首先对它们的结构和原理作简单的比较。JFET按导电沟道可分为N沟道和P沟型，按零栅压(UGS=0)时器件的工作状态，又可分为增强型(常关型)和耗尽型(常开型)两种，因此JFET可以分为四种类型。同样的，对于MOSFET也是如此，也分为四种类型，即：N沟耗尽型、N沟增强型、P沟耗尽型、P沟增强型。在下面

2、对JFET和MOSFET的分析对比中，都以N沟类型的场效应管为例，进行说明，其他种类的场效应管的原理与分析方法类似。图1-1N沟和P沟JFET的结构及符号图1-2N沟MOSFET的结构及符号①JFET的工作原理及输出、转移特性N沟道JFET工作时，在栅极和源极之间需要加一负电压(VGS<0)，使得栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流iG≈0。在漏极与源极间加一正电压(VDS>0)，使N沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流iD，其大小受VGS控制，VGS在JFET结构中主要通过控制沟道电阻，来控

3、制ID的大小。通过设置不同的VGS和VDS便可以使得JFET工作在不同的状态下。当UDS为一定值时，漏源电流IDS的大小随栅源电压UGS的改变而变化，这是因为栅结耗尽层厚度是随栅源电压变化而变化的，因此也使得导电沟道电阻发生变化，致使ID也相应变化。如图1-1(a)所示的PN结，栅耗尽区的大部分扩展在PN结的N区一侧，栅PN结上的反偏电压越大，耗尽区就会越宽，因而使夹在上下两耗尽区之间的导电沟道截面积减小，导电沟道电阻增加，致使通过它的电流减小。反之，会使得漏极电流变大。当负栅压很高时，整个沟道从源到漏被空间电荷区所占

4、满，此时即使在漏源之间加上偏压，沟道中叶不会有电流通过，此时JFET处于截止状态。当UGS一定时，在图1-1(a)所示的N沟JFET两端之间加上一正电压UDS，由于沟道相当于一个电阻，因此此时将有电流经过沟道从漏极流向源极。当UDS增加时漏源电流也随之增加，同时漏源电流在沟道电阻上产生的压降也随之增加，靠近漏极端高，源极端低。漏极端正向压降使栅极PN结反偏，栅漏结的空间电荷区从沟道的两边向沟道的中心展宽，最终使漏极端沟道被夹断。夹断后如果漏极电压进一步增加，UDS主要落在空间电荷层上，对沟道载流子的作用减弱，所以即使U

5、DS继续增加，漏源电流也基本不变，此时处于饱和状态。此后，若UDS仍继续增加至PN结反向击穿电压时，JFET就会发生击穿。通过以上分析，可以得到JFET共源极输出特性曲线和相应的转移特性曲线如图2-1所示。图2-1N沟道JFET输出特性曲线及转移特性曲线输出特性曲线描述的是以UGS为参变量，漏极电流iD与漏源电压UDS之间的关系，即：(1-1)lJFET的电流-电压特性根据JFET在不同偏压下处于不同的工作状态，可视情况将其分为四个区域：a、截止区(UGS

6、一般认为，当UGS>KT/q时，它将不随着UDS而变化。b、可变电阻区(UP≤UGS≤0，UGS-UDS≥UP)由肖克莱理论公式，当UDS<<(UBJ-UGS)时，且UP=UP0>>(UGS-UT)时，JFET及MESFET线性区直流特性方程可简化为：(1-3)式中β定义为：(1-4)c、饱和区(恒流区)(U

7、P≤UGS≤0，UGS-UDS≤UP)JFET工作在饱和区时的电流-电压方程如下：(1-5)d、击穿区(UDS≥BUDS，UGS越负，达到雪崩击穿所需的UDS电压BUDS越小)转移特性曲线描述的是当漏源电压UDS一定时，漏极电流iD与栅源电压UDS的关系：(1-6)实验表明，在JFET工作在饱和区时，iD随UGS的增加近似按平方律上升，因此有：(1-7)①MOSFET的工作原理及输出、转移特性JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。而MOSFET则是利用栅源电压的大小

8、，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。在图1-2所示的N沟道MOSFET的栅极到源极-衬底之间加上电压UDS，就将产生垂直于Si-SiO2界面的电场，并在栅极下面的半导体一侧感应出表面电荷，随着栅压的不同，表面电荷的多少不同。若栅压从零往正的方向增加，半导体表面将由耗尽逐步进入反型状态，并产生电子积累。当栅压增