《电子线路》 第三章 场效应管

《电线》电子案 第3章场效应管 概述 31Mos场效应管 3.2结型场效应管 33场效管应用原理

第 3 章 场效应管 概 述 3.1 MOS 场效应管 3.2 结型场效应管 3.3 场效管应用原理

第3章场效应管 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) 制作:大连海事大学研究室

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 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 31MOS场效应管 N沟道(NMOS) 增强型(EMOS) 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。 制作:大连海事大学研究室

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。 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 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 电路符号 沟道 Wz 宽度 D Sio 绝缘层 -O U G P型硅 P 衬底 沟道长度 制作:大连海事大学研究室

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 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 口N沟道EMOS管工作原理 >N沟道EMos管外部工作条件 Vs>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)。 Vcs>0(形成导电沟道) DS 栅-衬之间相当于 以SiO2为介质的 G UO 平板电容器。 制作:大连海事大学研究室

➢ 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。 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 >N沟道 EMOSFET沟道形成原理 假设Vs=0,讨论vs作用 Vos =0 GS GS 反型层 衬底表面层中 G U 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s表面层m>p形成N型导电沟道 GS 越大,反型层中n越多,导电能力越强。 制作:大连海事大学研究室

➢ 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 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 VDs对沟道的控制(假设Vs>Vsm)且保持不变) U9S+。G 6t° P P 由图 GD GS DS VDs很小时→Vc≈vs。此时W近似不变,即Ron不变 因此VD→D线性个。 若vs个→则Vcm↓→近漏端沟道W↓→R。n增大。 此时Rn个→D个变慢。 制作:大连海事大学研究室

• 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W  → 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 - + 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 当Vs增加到使Vc=vs时→A点出现预夹断 U9S+。G 6t° 若Vs继续↑→A点左移→出现夹断区 此时 As=VAc+Ves=-VGs+Gs(恒定) 若忽略沟道长度调制效应,则近似认为l不变(即R。n不变) 因此预夹断后:Vs个→D基本维持不变。 制作:大连海事大学研究室

▪ 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。 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 若考虑沟道长度调制效应 则VDs个→沟道长度I→沟道电阻R。n略↓。 因此Vs↑→D略个 由上述分析可描绘出D随Vs变化的关系曲线: D V一定 GS GS(th) 曲线形状类似三极管输出特性。 制作:大连海事大学研究室

▪ 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 O VDS VGS –VGS(th) VGS一定 曲线形状类似三极管输出特性。 第 3 章 场效应管

第3章场效应管 MOSFET工作原理: 利用半导体表面的电场效应,通过栅源电压vs 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。 三极管中多子、少子同时参与导电,故称双极型器件。 制作:大连海事大学研究室

• 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： 第 3 章 场效应管