(8)--1-05-MOSFET工作原理模拟电子技术基础.ppt

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1、模拟电子技术基础1常用半导体器件绝缘栅型场效应管工作原理1.场效应管的特点和分类场效应管的特点和分类 N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)（2）分类）分类（1）特点）特点 利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体中的多数载流子利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高（导电（单极型晶体管）；输入阻抗高（1071012），噪声低，热稳定性好，抗辐），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，

2、功耗小。射能力强，功耗小。3.绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）MOS（Metal Oxide Semiconductor）vGS=0，iD=0，为增强型管；，为增强型管；vGS=0，iD 0，为耗尽型管。，为耗尽型管。（一）（一）N沟道增强型沟道增强型MOS管（其结构和符号如图管（其结构和符号如图1所所示）示）图图1（1）N沟道增强型沟道增强型MOS管的工作原理管的工作原理 vDS=0时，时，vGS 对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当vDS=0且且vGS0时，时，因因SiO2的存的存在，在，iG=0。

3、但。但g极为金属铝，因外加正极为金属铝，因外加正向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥P型衬底靠近型衬底靠近g极一侧的空穴，使之剩下极一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。不能移动的负离子区，形成耗尽层。如如图图2所所示。示。当当vGS=0时，时，漏漏-源之间是两个背靠背的源之间是两个背靠背的PN结，不存在导电结，不存在导电沟道，无论沟道，无论 vDS 为多少，为多少，iD=0。图图2 当当vGS进一步增加时，一方面耗尽进一步增加时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子被吸层增宽，另一方面衬底的自由电子被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个引到耗尽层与

4、绝缘层之间，形成一个N型薄层，称之为型薄层，称之为反型层反型层，构成了漏，构成了漏-源之源之间的导电沟道（也称感生沟道），间的导电沟道（也称感生沟道），如如图图3所所示。示。图图3 使沟道刚刚形成的栅使沟道刚刚形成的栅-源电压称之为源电压称之为开开启电压启电压VGS(th)。vGS越大，反型层越宽，导越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。电沟道电阻越小。（1）N沟道增强型沟道增强型MOS管的工作原理管的工作原理7 vGSVGS(th)的某一固定值时，的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当vDS=0时，时，iD=0；vDS iD ，同时，同时使靠近漏极处的耗尽层变窄。当使靠近

5、漏极处的耗尽层变窄。当vDS增加到使增加到使vGD=VGS(th)时，在紧靠漏极处出现时，在紧靠漏极处出现预夹断预夹断。此时。此时vDS 夹断夹断区延长区延长沟道电阻沟道电阻 iD基本不变，表现出恒流特性。基本不变，表现出恒流特性。如如图图4所所示。示。（1）N沟道增强型沟道增强型MOS管的工作原理管的工作原理图图4（2）N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线与电流方程管的特性曲线与电流方程 N沟道增强型沟道增强型MOS管的转移特性曲线与输出特性曲线管的转移特性曲线与输出特性曲线如如图图5所所示示，与，与JFET一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。转移特性转移特性 输出特输出特性性 VGS(th)图图 5夹断区2VGS(th)（二）（二）N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管（其结构和符号如管（其结构和符号如图图6所所示）示）图图6 与与 N沟道增强型沟道增强型MOS管不同的是，管不同的是，N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的绝缘层中参入了大量的正离子，所以，即使在管的绝缘层中参入了大量的正离子，所以，即使在vGS=0时，耗尽层与绝缘层之间仍然可以形成反型层，只要在漏时，耗尽层与绝缘层之间仍然可以形成反型层，只要在漏-源之间加正向电压，就会产生源之间加正向电压，就会产生iD。