模电·第一章·常用半导体（3）

hhh，我可真是懒啊，这么晚才写，唉，从老师那里搞到ppt方便多惹。

注意：文字和图必须结合着看，方便理解其原理。

如有错误，欢迎指正

场效应管（FET）：

    是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，又称单极型晶体管，相较于之前所提及的三极管，他的内阻高，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强。

    分为结型和绝缘栅型。

一、结型场效应管

    分为N沟道和P沟道两种，结构符号如图。

1 结型场效应管的工作原理

1.1 在栅-源之间加负向电压u_GS<0以保证耗尽层承受反向电压；在源-漏之间加正向电压u_DS以形成漏极电流i_D

1.2 栅-源电压u_GS和漏-源电压u_DS对导电沟道的影响

    1.2.1 当ds短路即u_DS=0时，u_GS对导电沟道的控制作用

    夹断电压U_GS(off)：当u_GS增大，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻增大；增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟通电阻趋于无穷大，此时u_GS的值称为夹断电压。

    1.2.2 当u_GS为夹断电压和0之间某一固定值时，漏-源电压u_DS对漏极电流i_D的影响

    因为电流i_D从漏极流向源极，使沟道中靠近漏极的导电沟道比靠近源极的导电沟道窄。

    预夹断：因为u_GD=u_GS-u_GD，一旦u_DS的增大使u_GD=U_GS(off)时，漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，称为预夹断。

    若u_DS继续增大，则夹断区加长，此时u_DS的增大几乎全部分到夹断区用于克服阻力，从而表现出恒流特性即u_DS增大，i_D几乎不变。

    1.2.3 当u_GD<u_GS(off)时，u_GS对i_D的控制作用

    当u_DS为一常量时，对应的u_GS就有确定的i_D，此时可通过改变u_GS来控制i_D大小，称为电压控制元件。

    低频跨导：在管子工作在恒流区且u_GS为常量的条件下，i_D的微小变化量与引起它变化的Δu_GS之比。

2 结型场效应管的特性曲线

 对于一个U_GS就有一条曲线，因此如图曲线。

    如图可见，三个工作区域（可以对比三极管）

    2.1 可变电阻区（非饱和区）

    图中预夹断轨迹左侧区域，当u_GS确定，直线斜率确定，斜率的倒数就是d-s的等效电阻。

    u_DS<u_GS - U_GS(off)且u_GS>U_GS（off），此区域内改变UGS的大小可改变漏-源等效电阻的阻值。

    2.2 恒流区（饱和区）

    u_DS>u_GS - U_GS(off)且u_GS>U_GS（off），i_D几乎不随u_DS增大而增大，利用场效应管作放大管时，应使其工作在该区域。

    2.3 夹断区（截止区）

    u_GS<U_GS(off) i_D≈0

    2.4 转移特性

    工作在恒流区时，对内部载流子的分析可以得到如图的i_D的公式。

    其中I_DSS是u_GS=0时产生预夹断时的I_D称为饱和漏极电流。

二、绝缘栅型场效应管

    绝缘栅型场效应管分为增强型和耗尽型，栅极与源极，栅极与漏极之间都采用SiO2绝缘层隔离，又成为MOS管，栅-源电阻比结型场效应管大得多，可达10的10次方，且温度稳定性好，集成化时工艺简单，用于集成电路。

    d漏，g栅，s源别弄混了

    u_GS为0时，漏极电流=0时增强型管

    u_GS为0时，漏极电流不为0为耗尽型管

    1 N沟道增强型MOS管

    1.1工作原理

    1.1.1 当栅-源之间不加电压时，漏源之间是两只背向的PN结，不存在导电沟道，因此即使漏源之间加电压，也不会有漏极电流。

    1.1.2 当u_DS=0且u_GS>0时，由于绝缘层存在，栅极电流为0，但是栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近绝缘层一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。

    当u_GS增大时，耗尽层增宽，衬底的自由电子到耗尽层与绝缘层之间，形成N型薄层，称为反型层，构成了漏-源之间的导电沟道。

    使沟道刚好形成栅-源电压称为开启电压U_GS(th)

    u_GS越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小

    1.1.3 当u_GS是一个大于开启电压U_GS(th)的确定值，若在d-s之间加正向电压，则产生一定的漏极电流，此时就类似结型场效应管。

（1）在u_DS<u_GS - U_GS(th)且u_GS>U_GS(th)的情况下，对应于不同的UGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。

（2）当u_DS使u_DS=u_GS - U_GS(th)且u_GS>U_GS(th)时，导电沟道之间预夹断。

（3）当u_DS使u_DS>u_GS - U_GS(th)且u_GS>U_GS(th)时,i_D几乎仅仅决定于u_GS，而与u_DS无关。此时可以把i_D近似看成u_GS控制的电流源。(应让MOS管工作在此区域)

（4）u_GS<U_GS(th)时，导电沟道夹断。

    2 N沟道耗尽型MOS管

    在绝缘层掺入大量正离子，那么即使u_GS=0，在正离子作用下，也会存在导电沟道，只要在漏-源间加正向电压，就会产生漏极电流。

    u_GS为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，i_D增大；

    u_GS为负时，反型层变窄，沟道电阻变大，i_D减小；

    当u_GS减小到夹断电压U_GS(off)，导电沟道消失，i_D=0，u_GS可在正负值的一定范围内实现i_D的控制，且仍保持栅-源之间有非常大的绝缘电阻。 

    3 P沟道MOS管

    与N沟道MOS管相对应，P沟道增强型MOS管的开启电压U_GS(th)<0，当u_GS<U_GS(th)时管子才导通，漏-源之间应加负压 。

    P沟道耗尽型MOS管的夹断电压U_GS(off)>0，u_GS可在正负值的一定范围内实现i_D的控制，且仍保持栅-源之间有非常大的绝缘电阻，漏-源之间应加负压。 

三、MOS管的特性曲线和电流方程

四、场效应管的分类及对比

五、场效应管的主要参数

    1 直流参数

    2 交流参数

    3 极限参数