模擬電路網絡課件 第十九節:金屬-氧化物-半導體場效應管

4.3 金屬-氧化物-半導體場效應管

結型場效應管的輸入電阻雖然可達106～109W，但在要求輸入電阻更高的場合，還是不能滿足要求。而且，由于它的輸入電阻是PN結的反偏電阻，在高溫條件下工作時，PN結反向電流增大，反偏電阻的阻值明顯下降。與結型場效應管不同，金屬-氧化物-半導體場效應管（MOSFET）的柵極與半導體之間隔有二氧化硅（SiO2）絕緣介質，使柵極處于絕緣狀態（故又稱絕緣柵場效應管），因而它的輸入電阻可高達1015W。它的另一個優點是制造工藝簡單，適于制造大規模及超大規模集成電路。

MOS管也有N溝道和P溝道之分，而且每一類又分為增強型和耗盡型兩種，二者的區別是增強型MOS管在柵-源電壓vGS=0時，漏-源極之間沒有導電溝道存在，即使加上電壓vDS（在一定的數值范圍內），也沒有漏極電流產生（iD=0）。而耗盡型MOS管在vGS=0時，漏-源極間就有導電溝道存在。

4.3.1 N溝道增強型場效應管

一、結構

a) N溝道增強型MOS管結構示意圖

(b) N溝道增強型MOS管代表符號??? (c) P溝道增強型MOS管代表符號

在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，用光刻、擴散工藝制作兩個高摻雜濃度的N+區，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極d和源極s。然后在半導體表面復蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏-源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極,作為柵極g。另外在襯底上也引出一個電極B，這就構成了一個N溝道增強型MOS管。顯然它的柵極與其它電極間是絕緣的。圖 1(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖 1(c)所示。

二、工作原理

1．vGS對iD及溝道的控制作用

MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數管子在出廠前已連接好)。從圖1(a)可以看出，增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的PN結。當柵-源電壓vGS=0時，即使加上漏-源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個PN結處于反偏狀態，漏-源極間沒有導電溝道，所以這時漏極電流iD≈0。

若在柵-源極間加上正向電壓，即vGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產生一個垂直于半導體表面的由柵極指向襯底的電場，這個電場能排斥空穴而吸引電子，因而使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負離子)，形成耗盡層，同時P襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。當vGS數值較小，吸引電子的能力不強時，漏-源極之間仍無導電溝道出現，如圖1(b)所示。vGS增加時，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當vGS達到某一數值時，這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個N型薄層，且與兩個N+區相連通，在漏-源極間形成N型導電溝道，其導電類型與P襯底相反，故又稱為反型層，如圖1(c)所示。vGS越大，作用于半導體表面的電場就越強，吸引到P襯底表面的電子就越多，導電溝道越厚，溝道電阻越小。我們把開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓，用VT表示。

由上述分析可知，N溝道增強型MOS管在vGS＜VT時，不能形成導電溝道，管子處于截止狀態。只有當vGS≥VT時，才有溝道形成，此時在漏-源極間加上正向電壓vDS，才有漏極電流產生。而且vGS增大時，溝道變厚，溝道電阻減小，iD增大。這種必須在vGS≥VT時才能形成導電溝道的MOS管稱為增強型MOS管。

2．vDS對iD的影響

圖1

如圖2(a)所示，當vGS>VT且為一確定值時，漏-源電壓vDS對導電溝道及電流iD的影響與結型場效應管相似。漏極電流iD沿溝道產生的電壓降使溝道內各點與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為vGD=vGS - vDS，因而這里溝道最薄。但當vDS較小（vDS

隨著vDS的增大，靠近漏極的溝道越來越薄，當vDS增加到使vGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)時，溝道在漏極一端出現預夾斷，如圖2(b)所示。再繼續增大vDS，夾斷點將向源極方向移動，如圖2(c)所示。由于vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區，故iD幾乎不隨vDS增大而增加，管子進入飽和區，iD幾乎僅由vGS決定。

三、特性曲線、電流方程及參數

1．特性曲線和電流方程

圖1

N溝道增強型MOS管的輸出特性曲線如圖1(a)所示。與結型場效應管一樣,其輸出特性曲線也可分為可變電阻區、飽和區、截止區和擊穿區幾部分。轉移特性曲線如圖1(b)所示,由于場效應管作放大器件使用時是工作在飽和區(恒流區),此時iD幾乎不隨vDS而變化,即不同的vDS所對應的轉移特性曲線幾乎是重合的,所以可用vDS大于某一數值(vDS＞vGS-VT)后的一條轉移特性曲線代替飽和區的所有轉移特性曲線,與結型場效應管相類似。在飽和區內,iD與vGS的近似關系式為

???? ????????????????????? ???????????????????? ?( vGS＞VT )???

式中IDO是vGS=2VT時的漏極電流iD。

2. 參數

MOS管的主要參數與結型場效應管基本相同，只是增強型MOS管中不用夾斷電壓VP，而用開啟電壓VT表征管子的特性。

4.3.2 N溝道耗盡型場效應管

圖1

　????

表? 1

結構種類	工作方式	符?? 號	電壓極性		轉移特性 iD = f (vGS)	輸出特性 iD = f (vDS)
			VP或VT	VDS
N溝道 MOSFET	耗 盡 型		(-)	(+)
	增 強 型		(+)	(+)
P溝道 MOSFET	耗 盡 型		(+)	(-)
	增 強 型		(-)	(-)
P溝道 JFET	耗 盡 型		(+)	(-)
N溝道 JFET	耗 盡 型		(-)	(+)
P溝道 GaAs MESFET	耗 盡 型		(-)	(+)

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2009-09-17 18:05:131678

模擬電路網絡課件 第三十九節:對數和反對數運算

模擬電路網絡課件 第三十九節:對數和反對數運算 8.3  對數和反對數運算 一、對數運算電路

2009-09-17 17:00:56945

模擬電路網絡課件 第二十一節:場效應管與BJT放大電路的比較

模擬電路網絡課件 第二十一節:場效應管與BJT放大電路的比較 場效應管放大電路與BJT放大電路的性能比較

2009-09-17 11:01:491076

模擬電路網絡課件 第二十節:場效應管放大電路

模擬電路網絡課件 第二十節:場效應管放大電路 4.3 場效應管放大電路 4.3.1 直流偏置電路及靜態分析 一、直流偏置電路

2009-09-17 10:57:132414

模擬電路網絡課件 第十八節:砷化鎵金屬-半導體場效應管

模擬電路網絡課件 第十八節:砷化鎵金屬-半導體場效應管 4.2 砷化鎵金屬-半導體場效應管 砷化鎵（G

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模擬電路網絡課件 第十七節:結型場效應管

模擬電路網絡課件 第十七節:結型場效應管 4.1 結型場效應管 4.1.1 結型場效應管的結構與工作原理 一、結型場效應管的結構

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模擬電路網絡課件 第十六節:多級放大電路

模擬電路網絡課件 第十六節:多級放大電路 3.9 多級放大電路

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模擬電路網絡課件 第十二節:放大電路的工作穩定問題

模擬電路網絡課件 第十二節:放大電路的工作穩定問題 3.5 放大電路的工作穩定問題

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模擬電路網絡課件 第十節:圖解分析法

模擬電路網絡課件 第十節:圖解分析法 3.3.1 靜態工作情況分析

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模擬電路網絡課件 第八節:半導體BJT

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模擬電路網絡課件 第七節:特殊二極管

模擬電路網絡課件 第七節:特殊二極管 2.4 特殊二極管 2.4.1 齊納二極管 一、穩壓管的結構與特性

2009-09-17 09:23:28901

模擬電路網絡課件 第五節:半導體二極管

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2009-09-17 09:12:24999

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2009-09-17 09:05:151757

場效應管的基本放大電路

場效應管的基本放大電路 和半導體三極管一樣，場效應管的電路也有三種接法即共源極電路、共漏極電路和共柵極電路。 1.共源極電路共源極電路除有

2009-08-22 15:58:207907

場效應管SI2301BDS

場效應管SI2301BDS場效應管SI2301BDS 是Vishay Siliconix 的產品，它是一只P 溝道、150mW、0.8V（G-S）MOSFET 器件。MOSFET 的中文全稱是“金屬氧化物半導體場效應晶體管”

2009-04-25 09:05:385372

場效應管ppt

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場效應管的類型

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2008-05-23 10:00:483962

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          MOS場效應管即金屬-氧化物-半導體型場效應管，英文縮寫為M

2006-04-16 23:41:35695

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