FET元件结构及特性ppt课件.ppt

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1、Chapter8FET元件結構及特性1本章重點一覽8.1理想電晶體特性為什麼需要FET8.2n-channelMOSFET物理結構物理結構基本工作原理8.3n-channelMOSFET特性電路符號元件特性2本章重點一覽8.4Depletion-typeMOSEFET8.5Juction-FET8.6p-channelMOSFET物理結構及基本工作原理元件特性8.7FET電路8.8結語38.1理想電晶體特性之前曾學習R、L、C及D，它們每個都有獨特的V/I關係，但有一個重要的功能卻是它們不容易達成的，那就是信號放大。根

2、本的原因是它們都只有兩個端點，即兩端元件。假如能自由選擇的話，我們最希望擁有的三端元件特性是什麼？由第六章的分析比較得知理想的電壓控制電流源(VoltageControlledCurrentSource,VCCS)，會是一顆很好的放大元件，因為它能輕易做出放大器。48.1理想電晶體特性一顆以電壓控制電流的三端元件，是電子工程師心目中的「夢幻元件(dreamdevice)」，可惜它並不存在，但BJT與FET特性皆近似這樣的元件。當BJT工作在activemode時，其特性為(忽略Earlyeffect)：BJT不夠完美，

3、故予FET出線的機會。BJT最大的缺點在於它的IB(basecurrent)不為零，造成實用上的不便。58.1理想電晶體特性設計B極偏壓時(VB)，由於IB不等於零，選擇R1、R2時必須考慮IB的大小，造成偏壓設計上的不便。我們通常希望放大器的輸入電阻(Rin)愈大愈好(理想放大器的)。但因為IB不為零，造成CE放大器的Rin不大，是其先天的缺陷。理想的電晶體最好輸入電流為零。FET最大的優點是輸入端電流為零，而這個優點使它比BJT簡單好用，應用更廣泛。圖7.9(重複)VCCR1RCR2CERLVSCBCCVoRE68

4、.2n-channelMOSFET物理結構n-channelMOSFET的物理結構，乍看之下與npn型BJT很相似，但兩者有所不同：圖8.4SDnpnSiO2GFET的兩塊n型半導體摻雜濃度(dopingconcentration)相同，即FET是對稱的結構，而BJT的Emitter摻雜濃度遠高於Collector。中間p型半導體並未刻意像BJT的Base一樣做得很薄。中間p型半導體先鍍上一層SiO2後再接外部導線，而BJT的Base則直接接上外部導線。由於SiO2是絕緣體無法導電，此為輸入電流為零的關鍵。78.2n-

5、channelMOSFET物理結構MOSFET與BJT在結構上大同小異，而它們真正的不同點在於設計觀念上：FET徹底揚棄以pn界面控制電流的想法，改以電場控制半導體內自由電子(或電洞)的流動，同樣達到控制電流的結果。(這是場效電晶體名稱的由來。)88.2n-channelMOSFET物理結構在SiO2絕緣層加上正電壓(VG)，當VG足夠大時，聚集在SiO2絕緣層下方的自由電子濃度將高於電洞濃度，形成一長條位於p型半導體內的帶狀n型半導體。由於它的形狀類似一條隧道，所以稱為n型通道(n-channel)。SDnpnVG(

6、+)n-channelRSRchRD(a)(b)98.2n-channelMOSFET物理結構因VG吸引而產生的n型通道，剛好將原來分離的兩塊n型半導體連在一起，成為三塊彼此相連的n型半導體。等效上相當於一顆電阻(R)：SDnpnVG(+)n-channelRSRchRD(a)(b)108.2n-channelMOSFET物理結構由於S極和D極的摻雜濃度很高，並且它們的截面積遠比由感應產生的n型通道寬，因此在一般情況下：在D極和S極間外加正電壓(VDS>0)，可以預期會有電流(ID)由D極流向S極，其大小為：圖8.5S

7、DnpnVG(+)n-channelRSRchRD(a)(b)118.2n-channelMOSFET物理結構由於Rch是由VG感應而生，因此藉VG改變Rch便可以控制ID，所以FET是一顆名符其實的電壓控制電流元件。因為輸入端(G極)為絕緣層，故IG=0，使得流入D極的電流必定等於流出S極的電流，所以FET只需考慮一個電流(ID)，是FET比BJT簡單好用的主因。128.2n-channelMOSFET物理結構在p型的基體(substrate)上，利用doping產生兩個n型區域接著在兩個n型區域之間鍍上SiO2絕緣

8、層，最後再連上金屬導線。它之所以稱為n-channelMOSFET是因為由感應所產生的是n型通道圖8.6p-substrateBGn+n+DS138.2n-channelMOSFET物理結構MOSFET包括作為連線的金屬(Metal)，絕緣層的二氧化矽(Oxide)以及作為主體的半導體(Semiconductor)，三者組合成為以