场效应管知识简介.doc

、场效应管简介 场效应管（ Field Effect Transistor 简称 FET ）是利用电场效应来控制半导体中电流的一 种半导体器件， 故因此而得名。 场效应管是一种电压控制器件， 只依靠一种载流子参与导电 ， 故又称为单极型晶体管。与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性 好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。 场效应管的类型若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， 它有结型场效应三极管 JFET 和绝缘栅型场效应三极管 IGFET 之分。 IGFET 也称金属 -氧化物 -半导体三极管 MOSFET ， 简称MOS管。MOS管性能更为优越，发展迅速，应用广泛。 与双极型晶体管相比，场效应管有下列优点：输入电阻高、内部噪声小、耗电省、热稳 定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单、易于集成化、工作频率高等。因此场效应管在电子 电路，逻辑电路，特别是在近代大规模和超大规模集成电路（ VSI 和 LVSI ）以及微波毫米 波电路中得到及其广泛的应用。 二、场效应管分类 场效应管的种类很多， 按结构大致分为： 结型、 绝缘栅型两大类。 结型场效应管 （ JFET） 因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。 目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是 MOS 场效应管，简称 MOS 管（即金属 -氧 化物 -半导体场效应管 MOSFET ）；此外还有 PMOS、NMOS 和 VMOS 功率场效应管，以及 最近刚问世的 nMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和 P 沟道两种。若按导电方式来 划分， 场效应管又可分成耗尽型与增强型。 结型场效应管均为耗尽型， 绝缘栅型场效应管既 有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和 MOS 场效应晶体管。而 MOS 场效应晶体管又 分为 N 沟耗尽型和增强型； P 沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 MSV OTO卅构道丿NNOS 1 Jpl「足ij MSV OTO 卅构道丿 NNOS 1 J pl 「足 ijGjF- 广绝缰■型s IGFET (MOS) 结 JFET PMOS N沟ifi l統尽型r堰强塑 I ￡J罕 ftma o “海退?G 注* MOS 半导体场舷巻 c W4i - WS 1 AwK *诧 SZ0121结型场效应管 三、场效应管结构和工作原理 1结型场效应管 1）结型场效应管的结构 场效应管是电压控制器件，克服了晶体管输入回路 PN结正向偏置是有输入电流的缺点, 应用PN结电压效应来控制输出回路电流，输入回路基本上不取电流。 如N沟道结型场效应管示意图 N沟道结型场效应管结构示意图 内部结构 □ N沟道结型场效应管内部结构示意图 符号及晶体管的比较 定宽度， 定宽度， ID= |UGS|减小, 当 UGS负值 VP称为夹断电 2）结型场效应管的工作原理 1栅源电压UGS对导电沟道的影响（设 UDS = 0） 在图Z0123所示电路中，UGS V 0,两个PN结处于反向偏置，耗尽层有- 0。若|UGS|增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若 耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。这表明 UGS控制着漏源之间的导电沟道。 增加到某一数值 VP时，两边耗尽层合拢，整个沟道被耗尽层完全夹断。（ ID = ID = 0。 (Jgi~ o - Ugi Ub. Vp UDt Vp 一不同〔F沟ili狀况怖黄健一 Q Q Uct = o Ud* Vp E1Z0123沟道状态的娈化 2?漏源电压UDS对漏极电流ID的影响（设UGS = 0） 当UDS = 0时，显然ID = 0;当UDS 0且尚小对，P N结因加反向电压，使耗尽层具有一定宽度，但宽度上下不均匀， 这是由于漏源之间的导电沟道具有一定电阻， 因而漏源电 压UDS沿沟道递降，造成漏端电位高于源端电位，使近漏端 PN结上的反向偏压大于近源 端，因而近漏端耗尽层宽度大于近源端。显然，在 UDS较小时，沟道呈现一定电阻，ID随 UDS成线性规律变化（如图Z0124曲线OA段）；若UDS再继续增大，耗尽层也随之增宽， 导电沟道相应变窄，尤其是近漏端更加明显。 绦型増披防昔忖出特rtDH41— 绦型増披防昔忖出特rt DH41— I] Z0124 输出特性曲线 漏源电压UDS对漏极电流ID的影响（设UGS = O） 当U DS = 0时，显然ID=O;当UDS 0且尚小对，PN结因加反向电压，使耗尽层具有一定宽度，但宽度上下不均匀， 这是由于漏源之间的导电沟道具有一定电阻，