《电子线路》第三章 场效应管

玉学)仁壁器」 第三章场效应管 31MOS场效应管 32结型场效应管 33场效管应用原理

3.2 结型场效应管 3.3 场效管应用原理 3.1 MOS场效应管 第三章 场效应管

玉学)仁壁器」 概迷 场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。 它体积小、工艺简单,器件特性便于控制,是目前 制造大规模集成电路的主要有源器件。 场效应管分类:「MOS场效应管 结型场效应管 场效应管与三极管主要区别: ·场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻 ·场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。 区园

概 述 场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。 它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前 制造大规模集成电路的主要有源器件。 场效应管与三极管主要区别： • 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。 • 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。 场效应管分类： MOS场效应管 结型场效应管

玉学)仁壁器」 3.1MOS场效应管 增强型(EMOS) N沟道(NMOS) MOSFET P沟道(PMOS) N沟道(NMOS) 耗尽型(DMOS) P沟道(PMOS) N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似,不 同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同,因 此导致加在各极上的电压极性相反

3.1 MOS场效应管 P沟道（PMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS） N沟道（NMOS） MOSFET 增强型（EMOS） 耗尽型（DMOS） N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不 同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因 此导致加在各极上的电压极性相反

玉学)轳仁壁笪壟效器 3.1.1增强型MOS场效应管 口N沟道 EMOSFET结构示意图 源极 金属栅极 衬底极 漏极 G 沟道 电路符号 宽度 D Sio 绝缘层 -O U G P型硅 P 衬底 「沟道长度 区圆

N + N + P + P + P U S G D 3.1.1 增强型MOS场效应管 ❑ N沟道EMOSFET结构示意图 源极 衬底极 漏极 SiO2 绝缘层 金属栅极 P型硅 S 衬底 G U D 电路符号 l 沟道长度 W 沟道 宽度

玉学)轳仁壁笪壟效器 口N沟道EMOS管工作原理 >N沟道EMOs管外部工作条件 VDs>0(保证栅漏PN结反偏) U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。 ·es>0(形成导电沟道) DS 栅~衬之间相当 于以SiO2为介质 sooG 的平板电容器

➢ N沟道EMOS管外部工作条件 • VDS > 0 (保证栅漏PN结反偏)。 • U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。 • VGS > 0 (形成导电沟道) P P + N+ N+ S G D U VDS - + - + VGS ❑ N沟道EMOS管工作原理 栅衬之间相当 于以SiO2为介质 的平板电容器

玉学)仁壁器」 N沟道 EMOSFET沟道形成原理 假设Vs=0,讨论e作用 Vos =0 GS GS 反型层 衬底表面层中 G 负离子↑、电子个 形成空间电荷区 P 并与PN结相通 s≥开启电压|}表面层心-形成型导电沟道 中v越大,反型层中n越多,导电能力越强。 区园

➢ N沟道EMOSFET沟道形成原理 • 假设VDS =0，讨论VGS作用 P P + N+ N+ S G D U VDS =0 - + VGS 形成空间电荷区 并与PN结相通 VGS 衬底表面层中 负离子、电子 VGS  开启电压VGS(th) 表面层 n>>p 形成N型导电沟道 VGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。 反型层

玉学)轳仁壁笪壟效器 口·V对沟道的控制(假设v>s,且保持不变) 十AG U 分t P P 由图Vcm=V GS DS Vs很小时→VcD≈Vs。此时W近似不变,即Rn不变 因此VDs个→b线性个。 若↑→则mψ→近漏端沟道↓→R。增大。 此时Rn↑→D个变慢

• VDS对沟道的控制（假设VGS > VGS(th) 且保持不变） ▪ VDS很小时 → VGD VGS 。此时W近似不变，即Ron不变。 由图 VGD = VGS - VDS 因此 VDS→ID线性 。 ▪ 若VDS →则VGD  →近漏端沟道 → Ron增大。 此时 Ron →ID 变慢。 P P + N+ N + S G D U VDS - + VGS - + P P + N+ N + S G D U VDS - + VGS - +

玉学)壁孳器 当v增加到使v=Vso时→A点出现预夹断 十AG t D U A P 若Vs继续个→A点左移→出现夹断区 此时As=VAG+KGs=Vsm+vs(恒定) 若忽略沟道长度调制效应,则近似认为l不变(即Rn不变) 壮因此预夹断后:m7→b基本维持不变。 区圆

▪ 当VDS增加到使VGD =VGS(th)时 → A点出现预夹断 ▪ 若VDS 继续→A点左移→出现夹断区 此时 VAS =VAG +VGS =-VGS(th) +VGS （恒定） 若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变（即Ron不变）。 因此预夹断后： P P + N+ N + S G D U VDS - + VGS - + A P P + N+ N + S G D U VDS - + VGS - + A VDS  →ID 基本维持不变

玉学)轳仁壁笪壟效器 口若考虑沟道长度调制效应 则vs↑→沟道长度I↓→沟道电阻Rn略。 因此 1s个→D略个 由上述分析可描绘出随Vs变化的关系曲线: V一定 曲线形状类似三极管输出特性。 区园

▪ 若考虑沟道长度调制效应 则VDS  →沟道长度l  →沟道电阻Ron略。 因此 VDS  →ID略。 由上述分析可描绘出ID随VDS 变化的关系曲线： ID 0 VDS VGS –VGS(th) VGS一定 曲线形状类似三极管输出特性

玉学)仁壁器」 MOSFET工作原理: 利用半导体表面的电场效应,通过栅源电压 s的变化,改变感生电荷的多少,从而改变感 生沟道的宽窄,控制漏极电流l ·MOS管仅依靠一种载流子(多子)导电,故 称单极型器件 极管中多子、少子同时参与导电,故称双 极型器件

• MOS管仅依靠一种载流子（多子）导电，故 称单极型器件。 • 三极管中多子、少子同时参与导电，故称双 极型器件。 利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压 VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感 生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。 MOSFET工作原理：