1、1絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中的載流子，場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中的載流子，使流過半導(dǎo)體內(nèi)的電流大小隨電場強弱的改變而變使流過半導(dǎo)體內(nèi)的電流大小隨電場強弱的改變而變化的電壓控制電流的放大器件。其英文名稱為：化的電壓控制電流的放大器件。其英文名稱為：Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Metal Oxide Semiconductor Filed Effect TransistorTransistor，縮寫為，縮寫為MOSFET MOSFET 場效應(yīng)管是的外型與晶體

2、管（三極管）相似，但它場效應(yīng)管是的外型與晶體管（三極管）相似，但它除了具有三極管的一切優(yōu)點以外，還具有如下特點：除了具有三極管的一切優(yōu)點以外，還具有如下特點：2絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理2SiODSGBNNAl柵極柵極P型硅襯底型硅襯底源極源極漏極漏極襯底襯底結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 它是以它是以塊摻雜濃度較低的塊摻雜濃度較低的P P型硅半導(dǎo)體作為襯底、利型硅半導(dǎo)體作為襯底、利用擴散的方法在其上形成兩個高摻雜的用擴散的方法在其上形成兩個高摻雜的N N+ +型區(qū)，同時在型區(qū)，同時在P P型型硅表面生成一層二氧化硅絕緣層。并用硅表面生成一層二氧化硅絕緣層。并用 金屬

3、導(dǎo)線引出三個金屬導(dǎo)線引出三個電極，分別作為源極電極，分別作為源極(S)(S)、漏極、漏極(D)(D)和柵極（和柵極（G G）。）。S 源極源極B 襯底襯底D 漏極漏極G柵極柵極符號圖符號圖3絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 基本上不需要信號源提供電流基本上不需要信號源提供電流 輸入阻抗很高（可達輸入阻抗很高（可達10109 910101515） 受溫度和輻射等外界因素影響小，制造工藝受溫度和輻射等外界因素影響小，制造工藝簡單、便于集成化等；簡單、便于集成化等； 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以又稱其為單只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以又稱其為單極性晶體管極性晶體管

4、4絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理場效應(yīng)管的分類場效應(yīng)管的分類 按封裝形式分：塑料封裝和金屬封裝按封裝形式分：塑料封裝和金屬封裝 按功率大小分：小功率、中功率和大功率按功率大小分：小功率、中功率和大功率 按頻率特性分：低頻管、中頻管和高頻管按頻率特性分：低頻管、中頻管和高頻管 按結(jié)構(gòu)特點分：結(jié)型（按結(jié)構(gòu)特點分：結(jié)型（JFETJFET）和絕緣柵型（）和絕緣柵型（IGFETIGFET） 按導(dǎo)電溝道的不同還可分為：按導(dǎo)電溝道的不同還可分為：N N溝道和溝道和P P溝道，而絕溝道，而絕緣柵型又可細(xì)分為緣柵型又可細(xì)分為N N溝道增強型和耗盡型，溝道增強型和耗盡型，P

5、 P溝道增溝道增強型和耗盡型兩種。強型和耗盡型兩種。5絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及符號 它是以塊摻雜濃度較低的P型硅半導(dǎo)體作為襯底、利用擴散的方法在其上形成兩個高摻雜的N+型區(qū)，同時在P型硅表面生成一層二氧化硅絕緣層。并用 金屬導(dǎo)線引出三個電極，分別作為源極(S)、漏極(D)和柵極（G）。2SiODSGBNNAl柵極柵極P型硅襯底型硅襯底源極源極漏極漏極襯底襯底 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖S 源極源極B 襯底襯底D 漏極漏極G柵極柵極符號圖符號圖6絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 絕緣柵場效應(yīng)管是

6、利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)絕緣柵場效應(yīng)管是利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。N N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理1.UGS=01.UGS=0時，沒有導(dǎo)電溝道時，沒有導(dǎo)電溝道GSD7絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 當(dāng)柵源短路當(dāng)柵源短路( (即柵源電壓即柵源電壓U UGSGS=0=0時，源區(qū)時，源區(qū)(N(N+ +型型) )、襯底襯底(P(P型型) )和漏區(qū)和漏區(qū)(N(N+ +型型) )形成兩個背靠背約形成兩個背靠背約PNPN結(jié)，結(jié)，不

7、管不管E ED D的極性如何，其中總有一個的極性如何，其中總有一個PNPN結(jié)是反偏。結(jié)是反偏。如果源極如果源極S S與襯底相連接地，漏極接電源的正極，與襯底相連接地，漏極接電源的正極，那么漏極與襯底之間的那么漏極與襯底之間的PNPN結(jié)果也是反偏的，所以結(jié)果也是反偏的，所以漏源之間沒有形成導(dǎo)電溝道，因此漏極電流漏源之間沒有形成導(dǎo)電溝道，因此漏極電流I ID D=0(=0(相當(dāng)于漏源之間的電阻很大相當(dāng)于漏源之間的電阻很大) )。8絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 當(dāng)柵源之間加反向電壓當(dāng)柵源之間加反向電壓( (柵極接正極，源極接負(fù)柵極接正極，源極接負(fù)極極) )，

8、則柵極，則柵極( (鋁層鋁層) )和和P P型型硅片相當(dāng)于以二氧化硅為硅片相當(dāng)于以二氧化硅為介質(zhì)的平行板電容器，在介質(zhì)的平行板電容器，在柵源電壓作用下，產(chǎn)生一柵源電壓作用下，產(chǎn)生一個垂直于半導(dǎo)體表面的由個垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場。柵極指向襯底的電場。2.U2.UGSGSUUGSGS（thth）時，出現(xiàn)時，出現(xiàn)N N溝道溝道9絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓U UGSGS達到一定數(shù)值達到一定數(shù)值時。這些電子在柵極附近的時。這些電子在柵極附近的P P型硅型硅片表面形成一個片表面形成一個N N型薄層，將漏極型薄層，將漏極和源極

9、溝通，稱為和源極溝通，稱為N N溝道。由于此溝道。由于此溝道是由柵源電壓感應(yīng)產(chǎn)生的，溝道是由柵源電壓感應(yīng)產(chǎn)生的，所以又稱為感生溝通，如圖所示。所以又稱為感生溝通，如圖所示。另一方面，由于它與另一方面，由于它與P P型襯底型別型襯底型別相反，所以，又稱它為反型層。相反，所以，又稱它為反型層。顯然，柵源電壓愈強，感生溝道顯然，柵源電壓愈強，感生溝道（反型層）愈厚，溝道電阻愈小。（反型層）愈厚，溝道電阻愈小。這種在這種在U UGSGS=0=0時沒有導(dǎo)電溝道，而時沒有導(dǎo)電溝道，而必須依靠柵源電壓才能形成感生必須依靠柵源電壓才能形成感生溝道的場效應(yīng)管，稱為增強型絕溝道的場效應(yīng)管，稱為增強型絕緣柵場效應(yīng)管

10、。緣柵場效應(yīng)管。10絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 一旦出現(xiàn)了感生溝一旦出現(xiàn)了感生溝道，原來被道，原來被P P型襯底隔開型襯底隔開的兩個的兩個N N+ +型區(qū)型區(qū)( (源極和漏源極和漏極極) )，就被感生溝道連在，就被感生溝道連在一起了。因此，在漏源一起了。因此，在漏源電壓的作用下，將有漏電壓的作用下，將有漏極電流極電流I ID D產(chǎn)生。一般把在產(chǎn)生。一般把在漏源電壓作用下開始導(dǎo)漏源電壓作用下開始導(dǎo)電的柵源電壓，叫開啟電的柵源電壓，叫開啟電壓電壓U UGSGS（thth）。11絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -結(jié)構(gòu)工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 增強型

11、場效應(yīng)管只有在只有在增強型場效應(yīng)管只有在只有在U UGSGS U UGSGS（thth）時，調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)U UGSGS，改變導(dǎo)電溝道的厚度，從而在相，改變導(dǎo)電溝道的厚度，從而在相同的同的U UDSDS 作用下，有效的控制漏極電流作用下，有效的控制漏極電流I ID D的大小。的大小。工作原理總結(jié)工作原理總結(jié)12絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 N N溝道增強型溝道增強型MOSFETMOSFET的轉(zhuǎn)移特性如圖的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。其主要特點為：所示。其主要特點為： (1)(1)當(dāng)當(dāng)u uGSGSUU UGSthGSth時，時， i iD D 0 0，u

12、 uGSGS越大，越大， i iD D也隨之增大，二者符合平方律關(guān)系，也隨之增大，二者符合平方律關(guān)系，如下式所示。如下式所示。 2)(2GSthGSoxnDUuLWCui N 溝道增強型溝道增強型 MOSFET的轉(zhuǎn)移特的轉(zhuǎn)移特性性13絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線- -輸出特性輸出特性 N N溝道增強型溝道增強型MOSFETMOSFET的輸出特性如圖所示。它分為恒流的輸出特性如圖所示。它分為恒流區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點為：區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點為：（1 1）夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)） 當(dāng)當(dāng)U UGSGS U UGSGS（tht

13、h）時，反型層導(dǎo)時，反型層導(dǎo)電溝道被完全夾斷，電溝道被完全夾斷，I ID D=0=0，場，場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)。效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)。(2)(2)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 在此區(qū)域內(nèi)，在此區(qū)域內(nèi)，U UDSDS很小，導(dǎo)很小，導(dǎo)電溝道主要受電溝道主要受U UGSGS的控制。的控制。14絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線 當(dāng)當(dāng)U UDSDS較大時，出現(xiàn)夾斷區(qū)，較大時，出現(xiàn)夾斷區(qū)，I ID D趨于飽和。趨于飽和。(3)(3)恒流區(qū)恒流區(qū) 在一定的在一定的UGSUGS下，當(dāng)下，當(dāng)UDSUDS增大道一定程度時，漏極電增大道一定程度時，漏極電流急劇增加，稱為場效應(yīng)管被擊穿。流急劇增加

14、，稱為場效應(yīng)管被擊穿。(4)(4)擊穿區(qū)擊穿區(qū)15絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -主要參數(shù)主要參數(shù) 當(dāng)當(dāng)U UDSDS為某一固定數(shù)值時，使溝道將漏、源極連結(jié)起來為某一固定數(shù)值時，使溝道將漏、源極連結(jié)起來的最小的柵源電壓的最小的柵源電壓U UGSGS就是開啟電壓就是開啟電壓U UGSGS（thth）它只適用于增它只適用于增強型場效應(yīng)管。強型場效應(yīng)管。u開啟電壓開啟電壓U UGSGS（thth） 最大漏源電壓是指漏極電流開始急劇上升，發(fā)生雪最大漏源電壓是指漏極電流開始急劇上升，發(fā)生雪崩擊穿時所對應(yīng)的崩擊穿時所對應(yīng)的U UDSDS值。值。u最大漏源電壓最大漏源電壓16絕緣柵型場效應(yīng)晶體管絕緣柵型場效應(yīng)晶體管- -特性曲線特性曲線|DSDmUconstGSIgU 在在UDSUDS常數(shù)時，漏極電流的微變量與引起這個微變量常數(shù)時，漏極電流的微變量與引起這個微變量的柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo)，即的柵源電壓的微變量之比稱為跨導(dǎo)，即u低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)g gm m 場效應(yīng)管的耗散功率等于場效應(yīng)管的耗散