【正文】 半導(dǎo)體絕緣柵型場效應(yīng)管 ，這種場效應(yīng)管簡稱為 CMOS管 。 與雙極型晶體管相比，單極型三極管除了具有雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點外，還具有輸入阻抗高、動態(tài)范圍大、熱穩(wěn)定性能好、抗輻射能力強、制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點。近年來場效應(yīng)管的發(fā)展得非常迅速，很多場合取代了雙極型晶體管，特別時大規(guī)模集成電路，大都由場效應(yīng)管構(gòu)成。 場效應(yīng)管 實物圖 1. MOS管的基本結(jié)構(gòu) N 溝道 P 型硅襯底 N + N + 源極 S 柵極 G 漏極 D Si O 2 絕緣層 金屬鋁 D S G 襯底 D S G 襯底 N 溝道絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) N 溝道耗盡型場效應(yīng)管的符號 N 溝道增強型場效應(yīng)管的符號 根據(jù)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，一般可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管。 結(jié)型場效應(yīng) N溝道管結(jié)構(gòu)圖及電路圖符號 結(jié)型場效應(yīng) P溝道管結(jié)構(gòu)圖及電路圖符號 絕緣柵型場效應(yīng)管中，目前常用的是以二氧化硅 SiO2作為金屬鋁柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層，簡稱 MOS管 。它有 N溝道 和 P溝道 兩類，而每一類又分 增強型 和 耗盡型 兩種。所謂增強型就是 UGS＝ 0時，漏源之間沒有導(dǎo)電溝道，即使在漏源之間加上一定范圍內(nèi)的電壓，也沒有漏極電流；反之， 在 UGS=0時，漏源之間存在有導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型 。 左圖是 N溝道增強型 MOS管的結(jié)構(gòu)圖：一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅片作為襯底 B，在其中擴散兩個 N+區(qū)作為電極，分別稱為源極 S和漏極 D。半導(dǎo)體表面覆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制造一層金屬鋁，稱為柵極 G。這就構(gòu)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。 柵極 漏極 源極 二氧化硅絕緣層 P型硅襯底 鋁 N溝道增強型MOS管圖符號 P溝道增強型MOS管圖符號 2. MOS管的工作原理 MOS管的源極和襯底通常是接在一起的 (大多數(shù)管子在出廠前已連接好 )，且 N溝道增強型 MOS管不存在原始溝道 。因此，當(dāng) UGS=0 時，增強型 MOS管的漏源之間相當(dāng)于有 兩個背靠背的 PN結(jié) ，所以即使在 D、 S間加上電壓，無論 UDD的極性如何，總有一個 PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此 場效應(yīng)管不能導(dǎo)通， ID=0。 PＮ ＋ 結(jié) UDD － ＋ P型硅襯底 P D S G N＋ N＋ PＮ ＋ 結(jié) UGS 怎樣才能產(chǎn)生導(dǎo)電溝道呢？ ++++++++ 耗盡層 導(dǎo)電溝道 在 G、 S間加正電壓，即柵極、襯底間加 UGS（與源極連在一起），由于二氧化硅絕緣層的存在，故沒有電流。但是金屬柵極被充電而聚集正電荷。 P型襯底中的多子空穴被正電荷構(gòu)成的電場排斥向下運動，在表面留下帶負(fù)電的受主離子，形成耗盡層。隨著 G、 S間正電壓的增加，耗盡層加寬。 當(dāng) UGS增大到一定值時，襯底中的少子電子被正電荷吸引到表面，在耗盡層和絕緣層之間形成了一個 N型薄層，這個反型層構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時的 UGS稱為開啟電壓 UT。 UGS繼續(xù)增加，襯底表面感應(yīng)電子增多，導(dǎo)電溝道加寬，但耗盡層的寬度卻不再變化。即用 UGS的大小可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。 由上述分析可知， N溝道增強型 MOS管在 UGS＜ UT時，導(dǎo)電溝道不能形成， ID=0，這時管子處于 截止?fàn)顟B(tài) ； 當(dāng) UGS=UT時，導(dǎo)電溝道開始形成，此時若在漏源極間 加正向電壓 UDD， 就會有漏極電流 ID產(chǎn)生 ， 管子開始 導(dǎo)通 ； UGSUT時，隨著 UGS的增大，導(dǎo)電溝道逐漸變寬，溝道電阻漸小，漏極電流 ID漸大 。這種漏極電流 ID隨柵極電位 UGS的變化而變化的關(guān)系，稱為 MOS管的 壓控特性 。 MOS管輸出電流受輸入電壓控制的特性 3. MOS管使用注意事項 顯然， MOS管是一種受電壓控制的電流放大部件。 P襯底應(yīng)接低電位， N襯底應(yīng)接高電位；當(dāng)源極電位很高或很低時，應(yīng)與襯底相連 通常漏極和源極可以互換，若出廠時源極和襯底相連，應(yīng)注意漏、源極則不能對調(diào) MOS管的柵源電壓不能接反，但可在開路狀態(tài)下保存。 MOS管的襯底應(yīng)與電路中 最低電位相連。應(yīng)特別注意： MOS在不使用時柵極不能懸空，務(wù)必將各電極短接！ 焊接 MOS管時，應(yīng)斷電后再焊。 ? 場效應(yīng)管的源極 S、柵極 G、漏極 D分別對應(yīng)于晶體管的發(fā)射極 e、基極 b、集電極 c，它們的作用相似。 ? 場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場效應(yīng)管柵極基本上不取電流，而晶體管工作時基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號源取極小量電流的情況下，應(yīng)該選用場效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時，選用晶體管進行放大可以得到比場效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。 ? 場效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強。在環(huán)境條件（溫度等）變化比較劇烈的情況下，選用場效應(yīng)管比較合適。 ? 場效應(yīng)管的源極和襯底通常是連在一起時，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣柵型管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比晶體管強；而晶體管的集電極與發(fā)射極互換使用時，其特性差異很大， 值將減小很多。 ? 與雙極型晶體管相比，場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)較小，所以在低噪聲放大器的前級通常選用場效應(yīng)管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來說，當(dāng)信噪比是主要矛盾時，還應(yīng)選用場效應(yīng)管。 ? 場效應(yīng)管和晶體管都可以用于放大或可控開關(guān)，但場效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用，而且制造工藝便于集成化，具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因此在電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。 單極型晶體管和 雙極型晶體管的性能比較 1. 雙極型三極管和單極型三極管的導(dǎo)電機理有什么不同？為什么稱晶體管為電流 控件而稱 MOS管為電壓控件？ 檢驗學(xué)習(xí)結(jié)果 2. 當(dāng) UGS為何值時，增強型 N溝道 MOS管導(dǎo)通？ 3. 在使用 MOS管時，為什么柵極不能懸空？ 4. 晶體管和 MOS管的輸入電阻有何不同？ 雙極型三極管有多子和少子兩種載流子同時參與導(dǎo)電；單極型三極管只有多子參與導(dǎo)電。 晶體管的輸出電流 IC受基極電流 IB的控制而變化，因此稱之為電流控件； MOS管的輸出電流 ID受柵極電位 UGS的控制而變化，所以稱為電壓控件。 當(dāng) UGS=UT時，增強型 N溝道MOS管開始導(dǎo)通，隨著 UGS的增加，溝道加寬， ID增大。 由于二氧化硅層的原因，使 MOS管具有很高的輸入電阻。在外界電壓影響下，柵極易產(chǎn)生相當(dāng)高的感應(yīng)電壓，造成管子擊穿，所以 MOS管在不使用時應(yīng)避免柵極懸空，務(wù)必將各電極短接。 晶體管的輸入電阻rbe一般在幾百歐～千歐左右，相對較低；而 MOS管的輸入電阻極高，一般認(rèn)為柵極電流通不過為零。