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    mos場效應管作用的特點,看完您就知道了!

    信息來源:本站 日期:2017-07-07 

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    場效應管是只要一種載流子參與導電,用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結型場效應三極管JFET(Junction Field Effect Transister)和絕緣柵型場效應三極管IGFET之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導體三極管MOSFET。

    MOS場效應管有加強型(Enhancement MOS 或EMOS)和耗盡型(MOS或DMOS)兩大類,每一類有N溝道和P溝道兩種導電類型。場效應管有三個電極:D(Drain) 稱為漏極,相當雙極型三極管的集電極;G(Gate) 稱為柵極,相當于雙極型三極管的基極;S(Source) 稱為源極,相當于雙極型三極管的發射極。

    場效應管


    加強型MOS(EMOS)場效應管道加強型MOSFET根本上是一種左右對稱的拓撲構造,它是在P型半導體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層,然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區,從N型區引出電極,一個是漏極D,一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極 G。P型半導體稱為襯底(substrat),用符號B表示。

    工作原理
    1.溝道構成原理當Vgs=0 V時,漏源之間相當兩個背靠背的二極管,在D、S之間加上電壓,不會在D、S間構成電流。

    當柵極加有電壓時,若0<Vgs<Vgs(th)時(VGS(th) 稱為開啟電壓),經過柵極和襯底間的電容作用,將靠近柵極下方的P型半導體中的空穴向下方排擠,呈現了一薄層負離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運動,但數量有限,缺乏以構成溝道,所以依然缺乏以構成漏極電流ID。

    進一步增加Vgs,當Vgs>Vgs(th)時,由于此時的柵極電壓曾經比擬強,在靠近柵極下方的P型半導體表層中匯集較多的電子,能夠構成溝道,將漏極和源極溝通。假如此時加有漏源電壓,就能夠構成漏極電流ID。在柵極下方構成的導電溝道中的電子,因與P型半導體的載流子空穴極性相反,故稱為反型層(inversion layer)。隨著Vgs的繼續增加,ID將不時增加。

    在Vgs=0V時ID=0,只要當Vgs>Vgs(th)后才會呈現漏極電流,這種MOS管稱為加強型MOS管。

    VGS對漏極電流的控制關系可用iD=f(vGS)|VDS=const這一曲線描繪,稱為轉移特性曲線,見圖。

    場效應管

    轉移特性曲線斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制造用。 gm 的量綱為mA/V,所以gm也稱為跨導。

    跨導的定義式如下:gm=△ID/△VGS|(單位mS)


    2. Vds對溝道導電才能的控制

    當Vgs>Vgs(th),且固定為某一值時,來剖析漏源電壓Vds對漏極電流ID的影響。Vds的不同變化對溝道的影響如圖所示。

    場效應管

    依據此圖能夠有如下關系:

    VDS=VDG+VGS= —VGD+VGSVGD=VGS—VDS

    當VDS為0或較小時,相當VGD>VGS(th),溝道呈斜線散布。在緊靠漏極處,溝道到達開啟的水平以上,漏源之間有電流經過。

    當VDS 增加到使VGD=VGS(th)時,相當于VDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的狀況,稱為預夾斷,此時的漏極電流ID根本飽和。

    當VDS增加到 VGD

    當VGS>VGS(th),且固定為某一值時,VDS對ID的影響,即iD=f(vDS)|VGS=const這一關系曲線如圖02.16所示。

    這一曲線稱為漏極輸出特性曲線。


    場效應管
    伏安特性


    1. 非飽和區非飽和區又稱可變電阻區,是溝道未被預夾斷的工作區。由不等式VGS>VGS(th)、VDS

    2.飽和區飽和區又稱放大區,是溝道預夾斷后所對應的工作區。由不等式VGS>VGS(th)、VDS>VGS-VGS(th) 限定。漏極電流表達式:

    在這個工作區內,ID受VGS控制。思索厄爾利效應的ID表達式:

    3.截止區和亞閾區VGS

    4.擊穿區當VDS 增大到足以使漏區與襯底間PN結引發雪崩擊穿時,ID疾速增加,管子進入擊穿區。


    P溝道MOS場效應管

    在N型襯底中擴散兩個P+區,分別做為漏區和源區,并在兩個P+之間的SiO2絕緣層上掩蓋柵極金屬層,就構成了P溝道MOS管。

    耗盡型MOS(DMOS)場效應管

    N 溝道耗盡型MOSFET的構造和符號如圖3-5所示,它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當VGS=0時,這些正離子曾經感應出反型層,構成了溝道。于是,只需有漏源電壓,就有漏極電流存在。當VGS>0時,將使ID進一步增加。VGS<0時,隨著VGS的減小漏極電流逐步減小,直至ID=0。對應ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號VGS(off)表示,有時也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉移特性曲線見圖所示。

    場效應管


    N溝道耗盡型MOSFET的構造和轉移特性曲線

    P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完整相同,只不過導電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。這好像雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。

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