4.2_3_4 绝缘栅场效应管

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1、14.2绝缘栅场效应管:绝缘栅型场效应管MetalOxideSemiconductor——MOSFETMOSFET是利用半导体表面的电场效应进行工作的，也称为表面场效应器件。分为:增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道增强型：没有导电沟道，耗尽型：存在导电沟道，2MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。1.N沟道增强型MOS场效应管结构4.2.1增强型MOS场效应管在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符

2、号B表示。3漏极D→集电极C源极S→发射极E栅极G→基极B衬底B电极—金属Metal绝缘层—氧化物Oxide基体—半导体Semiconductor因此称之为MOS管MOSFET42.N沟道增强型场效应管的工作原理栅源电压VGS的控制作用当VGS=0V时，因为漏源之间被两个背靠背的PN结隔离，因此，即使在D、S之间加上电压,在D、S间也不可能形成电流。当0＜VGS＜VT(开启电压)时，结果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍无载流子的通道。管子仍不能导通，处于截止状态。通过栅极和衬底间的电容作用，将栅极下方P型衬底表层的空穴向下排斥，同时，使两个N区和衬底中的自由电子吸

3、向衬底表层，并与空穴复合而消失，5把开始形成反型层的VGS值称为该管的开启电压VT。这时，若在漏源间加电压VDS，就能产生漏极电流ID，即管子开启。VGS值越大，沟道内自由电子越多，沟道电阻越小，在同样VDS电压作用下，ID越大。这样，就实现了输入电压VGS对输出电流ID的控制。当VGS＞VT时，衬底中的电子进一步被吸至栅极下方的P型衬底表层，使衬底表层中的自由电子数量大于空穴数量，该薄层转换为N型半导体，称此为反型层。形成N源区到N漏区的N型沟道。ID63.N沟道增强型MOS场效应管特性曲线UGS一定时，ID与UDS的变化曲线，是一族曲线ID=f(UDS)UGS=C(1)

4、.输出特性曲线1).可变电阻区：ID与UDS的关系近线性ID≈2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)当UGS变化时，RON将随之变化因此称之为可变电阻区当UGS一定时，RON近似为一常数因此又称之为恒阻区72).恒流区：该区内，UGS一定，ID基本不随UDS变化而变化。3).击穿区：UDS增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。当UDS增加到某一临界值时，ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)8转移特性曲线的斜

5、率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。其量纲为mA/V，称gm为跨导。gm=ID/VGSQ（mS)ID=f(VGS)VDS=常数UDS一定时，UGS对漏极电流ID的控制关系曲线(2).转移特性曲线在恒流区，ID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UT)29增强型MOS管特性小结绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型101.N沟道耗尽型MOS场效应管结构4.2.2耗尽型MOS场效应管+++++++耗尽型MOS管存在原始导电沟道N沟道耗尽型MOS管，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，在管子制造过程中，这些正

6、离子已经在漏源之间的衬底表面感应出反型层，形成了导电沟道。112.N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理当UGS=0时，UDS加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为漏极饱和电流，用IDSS表示当UGS＞0时，将使ID进一步增加。当UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小。直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UP表示。UGS(V)ID(mA)UP耗尽型MOS管存在原始导电沟道。因此，使用时无须加开启电压（VGS=0），只要加漏源电压，就会有漏极电流。即：123.N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线(1)输出特性曲线UGS=6VUGS=4VUGS=1V

7、UGS=0VUGS=--1VUDS(V)ID(mA)N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0或UGS>0N沟道增强型MOS管只能工作在UGS>013UGS(V)ID(mA)(2)转移特性曲线常用关系式：UGS(off)夹断电压当uGSUGS（off）0时,14绝缘栅增强型N沟P沟绝缘栅耗尽型N沟道P沟道15N沟道增强型SGDBiDP沟道增强型SGDBiD2–2uGS/ViD/mAUGS(th)uDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=8V6V4V2VSGDBiDN沟道耗尽型iDSGDBP沟道耗