《半导体场效应管》PPT课件

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1、2.3半导体场效应管2.3.1结型场效应管2.3.2绝缘栅场效应管2.3.3场效应管的主要参数及电路模型2.3.4双极型和场效应型三极管的比较场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应三极管的结构来划分，它有两大类。1.结型场效应三极管JFET(JunctiontypeFieldEffectTransister)2.绝缘栅型场效应三极管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister

2、)IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）2.3.1结型场效应管1.结型场效应三极管的结构JFET的结构如图所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。结型场效应三极管的结构（动画2-8）(1)栅源电压对沟道的控制作用（uDS=0）当uGS=0时，耗尽层较窄，导电沟道最宽。当uGS＜0时，PN结反偏，耗尽层变宽，漏、源间的沟道将变窄，uGS继续减小，沟道继续变窄，沟道电阻加大，当uGS增加到某一值时，两侧的耗

3、尽层相碰，沟道被夹断，沟道电阻趋于无穷大，这时的uGS称为夹断电压UGS(off)。uGS对沟道的控制作用2.结型场效应三极管的工作原理(2)漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用（动画2-9）(3)UGS(off)0的情况(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线N沟道结型场效应管的特性曲线动画（2-6）动画（2-7）3.结型场效应三极管的特性曲线UGS(off)结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。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

4、会显著下降。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。2.3.2绝缘栅场效应管绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道一个是漏极D，一个是源极S。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，用符号B表示。1.N沟道增强型MOSFET(1)结构N沟道增强型MOSFET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，N沟道增强型MOSFET结构示意图（动画2-3）当栅极加有电压时

5、，若0＜uGS＜UGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能形成漏极电流iD。(2)工作原理①栅源电压uGS的控制作用当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。uGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(uGS)uDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线进一步增加UGS，当uGS＞UGS(th)时(UGS(th)称为开启电压)，由于此时的栅极电压已经

6、比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流iD。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层。(动画2-4）随着uGS的继续增加，iD将不断增加。uGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下gm=ID/UGSuDS=const(单位mS)UGS(th)iD=f(uGS)uDS=const②漏源电压uDS对漏极电流i

7、D的控制作用当uGS＞UGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压uDS对漏极电流iD的影响。漏源电压VDS对沟道的影响(动画2-5)漏极输出特性曲线iD=f(uDS)uGS=const2.N沟道耗尽型MOSFET(a)结构示意图(b)转移特性曲线UGS(off)3.特性曲线场效应管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同，以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。2.3.3场效应管的主要参数和电路模型1.场效应三极管的主要参数①开启电压UGS(th)(或UT)开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压

8、的绝对值,场效应管不能导