2.2 单极型 半导体三极管引 言
2.2.2 结型场效应管
2.2.3 场效应管的主要参数
2.2.1 MOS 场效应管第 2 章 半导体 三极管引 言场效应管 FET (Field Effect Transistor)
类型：
结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)
绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)
特点：
1,单极性器件 (一种载流子导电 )
3,工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低
2,输入电阻高 (107?1015?,IGFET 可高达 1015?)
第 2 章 半导体 三极管一、增强型 N 沟道 MOSFET
(Mental Oxide Semi— FET)
2.2.1 MOS 场效应管
1,结构与符号
P 型衬底
(掺杂浓度低 )
N+ N+ 用扩散的方法制作两个 N 区在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层
S D
用金属铝引出源极 S 和漏极 D
G
在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G
B
耗尽层
S — 源极 Source
G — 栅极 Gate
D — 漏极 Drain SG
D
B
MOSFET结构第 2 章 半导体 三极管
2,工作原理
1)uGS 对导电沟道的影响 (uDS = 0)
a,当 UGS = 0,DS 间为两个背对背的 PN 结；
b,当 0 < UGS < UGS(th)(开启电压 )时,GB 间的垂直电场吸引 P 区中电子形成离子区 (耗尽层 )；
c,当 uGS? UGS(th) 时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。 uGS 越大 沟道越厚。
反型层
(沟道 )
第 2 章 半导体 三极管
2) uDS 对 iD的影响 (uGS > UGS(th))
DS 间的电位差使沟道呈楔形,uDS?，
靠近漏极端的沟道厚度变薄 。
预夹断 (UGD = UGS(th)),漏极附近反型层消失。
预夹断发生之前,uDS? iD?。
预夹断发生之后,uDS? iD 不变。
MOS工作原理第 2 章 半导体 三极管
3,转移特性曲线
DS)( GSD Uufi?
2 4 6
4
3
2
1
uGS /V
iD /mA
UDS = 10 V
UGS (th)
当 uGS > UGS(th) 时：
2
G S ( t h )
GSDOD )1(
U
uIi
uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
4,输出特性曲线
GS)( DSD Uufi?
可变电阻区 uDS < uGS? UGS(th)
uDSiD?，直到预夹断饱和 (放大区 ) uDS?,iD 不变
uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区 uGS?UGS(th) 全夹断 iD = 0
开启电压
iD /mA
uDS /V
uGS = 2 V
4 V
6 V
8 V
截止区饱和区可变电阻区放大区恒流区
O
O
第 2 章 半导体 三极管二、耗尽型 N 沟道 MOSFET
S
G
D
B
Sio2 绝缘层中掺入正离子在 uGS = 0 时已形成沟道；
在 DS 间加正电压时形成 iD，
uGS? UGS(off)时，全夹断。
输出特性
uGS /V
iD /mA
转移特性
IDSS
UGS(off)
夹断电压饱和漏极电流当 uGS? UGS(off) 时,2
( o f f )
)1(
GS
GS
D S SD U
uIi
uDS /V
iD /mA
uGS =? 4 V
2 V
0 V
2 V
O O
第 2 章 半导体 三极管三,P 沟道 MOSFET
增强型 耗尽型
S
G
D
B
S
G
D
B
第 2 章 半导体 三极管
2.2.2 结型场效应管
1,结构与符号
JFET结构
N 沟道 JFET P 沟道 JFET
第 2 章 半导体 三极管
2,工作原理
uGS? 0,uDS > 0
此时 uGD = UGS(off)；
沟道楔型耗尽层刚相碰时称 预夹断。
预夹断当 uDS?,预夹断 点 下移。
3,转移特性和输出特性
UGS(off)
当 UGS(off)?uGS? 0 时,
2
G S ( o ff )
GS
D S SD )1( U
uIi
uGS
iD I
DSS
uDS
iD
uGS = – 3 V
– 2 V
– 1 V
0 V
– 3 V
JFET工作原理
O O
第 2 章 半导体 三极管
N 沟道 增强型S
G
D
B
iD
P 沟道 增强型
S
G
D
B
iD
2– 2 O uGS /V
iD /mA
UGS(th)
O uDS /V
iD /mA
– 2 V
– 4 V
– 6 V
– 8 VuGS = 8 V
6 V
4 V
2 V
S
G
D
B
iD
N 沟道耗尽 型
iD
S
G
D
B
P 沟道耗尽 型
UGS(off) IDSS
uGS /V
iD /mA
– 5 O 5 O uDS /V
iD /mA
5 V
2 V
0 V
–2 VuGS = 2 V
0 V
– 2 V
– 5 V
N 沟道结 型S
G
D
iD
SG
D
iD
P 沟道结 型
uGS /V
iD /mA
5– 5 O
IDSSUGS(off)
O uDS /V
iD /mA
5 V
2 V
0 VuGS = 0 V
– 2 V
– 5 V
FET 符号、特性的比较第 2 章 半导体 三极管
2.2.3 场效应管的主要参数
1,开启电压 UGS(th)(增强型 )
夹断电压 UGS(off)(耗尽型 )
指 uDS = 某值，使漏极电流 iD
为某一小电流时的 uGS 值。 UGS(th)UGS(off)
2,饱和漏极电流 IDSS
耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。
3,直流输入电阻 RGS
指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。
JFET,RGS > 107?
MOSFET,RGS = 109? 1015
IDSS
uGS /V
iD /mA
O
第 2 章 半导体 三极管
4,低频跨导 gm
常数
DSGS
D
m Uu
ig
反映了 uGS 对 iD 的控制能力，
单位 S(西门子 )。一般为几 毫西 (mS)
uGS /V
iD /mA
Q
PDM = uDS iD，受温度限制。
5,漏源动态电阻 rds
常数
GSd
DS ds uiur
6,最大漏极功耗 PDM
O
第 2 章 半导体 三极管
2.2.2 结型场效应管
2.2.3 场效应管的主要参数
2.2.1 MOS 场效应管第 2 章 半导体 三极管引 言场效应管 FET (Field Effect Transistor)
类型：
结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)
绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)
特点：
1,单极性器件 (一种载流子导电 )
3,工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低
2,输入电阻高 (107?1015?,IGFET 可高达 1015?)
第 2 章 半导体 三极管一、增强型 N 沟道 MOSFET
(Mental Oxide Semi— FET)
2.2.1 MOS 场效应管
1,结构与符号
P 型衬底
(掺杂浓度低 )
N+ N+ 用扩散的方法制作两个 N 区在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层
S D
用金属铝引出源极 S 和漏极 D
G
在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G
B
耗尽层
S — 源极 Source
G — 栅极 Gate
D — 漏极 Drain SG
D
B
MOSFET结构第 2 章 半导体 三极管
2,工作原理
1)uGS 对导电沟道的影响 (uDS = 0)
a,当 UGS = 0,DS 间为两个背对背的 PN 结；
b,当 0 < UGS < UGS(th)(开启电压 )时,GB 间的垂直电场吸引 P 区中电子形成离子区 (耗尽层 )；
c,当 uGS? UGS(th) 时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。 uGS 越大 沟道越厚。
反型层
(沟道 )
第 2 章 半导体 三极管
2) uDS 对 iD的影响 (uGS > UGS(th))
DS 间的电位差使沟道呈楔形,uDS?，
靠近漏极端的沟道厚度变薄 。
预夹断 (UGD = UGS(th)),漏极附近反型层消失。
预夹断发生之前,uDS? iD?。
预夹断发生之后,uDS? iD 不变。
MOS工作原理第 2 章 半导体 三极管
3,转移特性曲线
DS)( GSD Uufi?
2 4 6
4
3
2
1
uGS /V
iD /mA
UDS = 10 V
UGS (th)
当 uGS > UGS(th) 时：
2
G S ( t h )
GSDOD )1(
U
uIi
uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
4,输出特性曲线
GS)( DSD Uufi?
可变电阻区 uDS < uGS? UGS(th)
uDSiD?，直到预夹断饱和 (放大区 ) uDS?,iD 不变
uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区 uGS?UGS(th) 全夹断 iD = 0
开启电压
iD /mA
uDS /V
uGS = 2 V
4 V
6 V
8 V
截止区饱和区可变电阻区放大区恒流区
O
O
第 2 章 半导体 三极管二、耗尽型 N 沟道 MOSFET
S
G
D
B
Sio2 绝缘层中掺入正离子在 uGS = 0 时已形成沟道；
在 DS 间加正电压时形成 iD，
uGS? UGS(off)时，全夹断。
输出特性
uGS /V
iD /mA
转移特性
IDSS
UGS(off)
夹断电压饱和漏极电流当 uGS? UGS(off) 时,2
( o f f )
)1(
GS
GS
D S SD U
uIi
uDS /V
iD /mA
uGS =? 4 V
2 V
0 V
2 V
O O
第 2 章 半导体 三极管三,P 沟道 MOSFET
增强型 耗尽型
S
G
D
B
S
G
D
B
第 2 章 半导体 三极管
2.2.2 结型场效应管
1,结构与符号
JFET结构
N 沟道 JFET P 沟道 JFET
第 2 章 半导体 三极管
2,工作原理
uGS? 0,uDS > 0
此时 uGD = UGS(off)；
沟道楔型耗尽层刚相碰时称 预夹断。
预夹断当 uDS?,预夹断 点 下移。
3,转移特性和输出特性
UGS(off)
当 UGS(off)?uGS? 0 时,
2
G S ( o ff )
GS
D S SD )1( U
uIi
uGS
iD I
DSS
uDS
iD
uGS = – 3 V
– 2 V
– 1 V
0 V
– 3 V
JFET工作原理
O O
第 2 章 半导体 三极管
N 沟道 增强型S
G
D
B
iD
P 沟道 增强型
S
G
D
B
iD
2– 2 O uGS /V
iD /mA
UGS(th)
O uDS /V
iD /mA
– 2 V
– 4 V
– 6 V
– 8 VuGS = 8 V
6 V
4 V
2 V
S
G
D
B
iD
N 沟道耗尽 型
iD
S
G
D
B
P 沟道耗尽 型
UGS(off) IDSS
uGS /V
iD /mA
– 5 O 5 O uDS /V
iD /mA
5 V
2 V
0 V
–2 VuGS = 2 V
0 V
– 2 V
– 5 V
N 沟道结 型S
G
D
iD
SG
D
iD
P 沟道结 型
uGS /V
iD /mA
5– 5 O
IDSSUGS(off)
O uDS /V
iD /mA
5 V
2 V
0 VuGS = 0 V
– 2 V
– 5 V
FET 符号、特性的比较第 2 章 半导体 三极管
2.2.3 场效应管的主要参数
1,开启电压 UGS(th)(增强型 )
夹断电压 UGS(off)(耗尽型 )
指 uDS = 某值，使漏极电流 iD
为某一小电流时的 uGS 值。 UGS(th)UGS(off)
2,饱和漏极电流 IDSS
耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。
3,直流输入电阻 RGS
指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。
JFET,RGS > 107?
MOSFET,RGS = 109? 1015
IDSS
uGS /V
iD /mA
O
第 2 章 半导体 三极管
4,低频跨导 gm
常数
DSGS
D
m Uu
ig
反映了 uGS 对 iD 的控制能力，
单位 S(西门子 )。一般为几 毫西 (mS)
uGS /V
iD /mA
Q
PDM = uDS iD，受温度限制。
5,漏源动态电阻 rds
常数
GSd
DS ds uiur
6,最大漏极功耗 PDM
O
第 2 章 半导体 三极管
