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1、4. 场效应管晶体管及其电路4.1场效应管1.场效应管(FET)的特点2. 场效应管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件。其特点是控制端基本上不需要电流,属电压控制器件。它在工作过程中起主要导电作用的是多数载流子,而在半导体三极管的工作过程中,管子内部的多数载流子和少数载流子都起着导电作用。据此,又称场效应管为单极型晶体管,称半导体三极管为双极型晶体管。场效应管放大电路(20)课件2. 场效应管分类 按结构和控制电场的形式不同,场效应管分为结型和绝缘栅型;按工作方式,又分为增强型和耗尽型。由于结构和工作原理的特点,结型场效应管只有耗尽型;按导电沟道掺杂类型不同,可分为N沟道和P沟道。4.1
2、场效应管场效应管(FET)结型场效应管(JFET)绝缘栅型场效应管(IGFET)增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道N沟道P沟道场效应管放大电路(20)课件4.2 结型场效应管3. 结型场效应管的结构 在一块N型半导体材料两边,扩散高浓度的P型区(用P+表示),形成两个PN结。两边P+型区引出两个电极并联在一起称为栅极g,在N型本体材料的两端个引出一个电极,分别为源极s和漏极d。相当于晶体管的基极、发射极和集电极。两个PN结中间的N型区域称为导电沟。这就是N型沟道结型场效应管。耗尽层P+P+Ndgsgds结构示意图代表符号场效应管放大电路(20)课件3. 结型场效应管的结构 按照类似的方法,可
3、以制成P沟道结型场效应管。耗尽层N+N+Pdgsgds金属铝sgd栅极源极漏极P+N+N+型衬底P+P型导电沟道耗尽层氧化层P沟道结型场效应管结构剖面图4.2 结型场效应管场效应管放大电路(20)课件场效应管放大电路(20)课件4. 结型场效应管的工作原理 以N沟道结型场效应管为例 (1) 当vDS = 0时,若0 vGS VP (栅极对应的夹断电压),| vGS |增加使PN结耗尽层宽度增加,导电沟道变窄,沟道电阻增大,导电能力减弱;P+P+NsgdgP+P+NsgdgVGS+4.2 结型场效应管场效应管放大电路(20)课件4. 结型场效应管的工作原理 若 vGS VP ,上、下耗尽层彼此相
4、遇,导电沟道消失,称为“夹断”P+P+NsgdgVGS+4.2 结型场效应管场效应管放大电路(20)课件 (2) 当vGS = 0时, vDS的变化也可以改变沟道的宽度和漏极电流iD。若0 vDS VP , vDS 0时,两者均起着影响沟道宽度的作用,对iD有控制作用。 vDG | VP |时,场效应管工作于可变电阻区;vDG | VP |时,沟道出现预夹断,场效应管工作于放大区。 (4) 当vGS VP , vDS 0时,即使在栅极与沟道间反向电压最小处(即靠近源极处),反向电压已达到或超过了 | VP |,故沟道全部夹断,iD = 0,场效应管工作于截止区。P+P+sgdgVDS+NVGS
5、+场效应管放大电路(20)课件场效应管放大电路(20)课件5. 绝缘栅型场效应管的结构N沟道增强型MOSFET 以一块掺杂浓度较低,电阻率较高的P型半导体薄片作为衬底,利用扩散的方法在P型硅中形成两个高掺杂的N+区。然后在P型硅表面生长一层很薄的二氧化硅绝缘层,并在二氧化硅的表面及N+型区的表面上分别安置三个铝电极栅极g、源极s和漏极d,就成了N沟道MOS管。 由于栅极与源极、漏极均无电接触,故称绝缘栅极。4.3 绝缘栅型场效应管场效应管放大电路(20)课件gds衬底gds衬底铝栅极g源极s漏极dB衬底引线P型硅衬底耗尽层铝N+N+SiO2 绝缘层纵剖面图N沟道增强型符号N沟道耗尽型符号场效应
6、管放大电路(20)课件6. 绝缘栅型场效应管的工作原理 绝缘栅型场效应管多采用金属铝作栅极,用SiO2作为栅极与半导体间的绝缘层,这种管子称为金属-氧化物-半导体场效应晶体管,缩写为MOSFET,简称为MOS管。下面以N沟道为例,讨论其工作原理。增强型MOSFET:(1) 当vDS =0, 0 vGS 0, vGSVT时,沟道从左道右,栅极与沟道间电压不一样,沟道宽度也不同。当vGDVT时,管子工作于可变电阻区;当vGDVT (即vGD vGSVT)时,靠近漏极处沟道出现预夹断,且随着vDS的进一步增大,预夹断区往源极延伸,管子工作于恒流区。(4) 当vDS0, vGSvGSVP(N沟道的VP为负值)情况下,已有导电沟道,工作原理如同增强型在vGSVP时的一样。场效应管放大电路(20)课件