【正文】 版童詩白 85 2. 當 uGS 為 UGS（ Off)~0中一固定值時 ,uDS 對漏極電流 iD的影響 。 uGS = 0， uGD UGS（ Off) ， iD 較大 。 G D S P+ N iS iD P+ P+ VDD VGG uGS 0， uGD UGS（ Off) ， iD 更小。 G D S N iS iD P+ P+ VDD 注意：當 uDS 0 時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。 (a) (b) uGD ＝ uGS － uDS 第四版童詩白 86 G D S P+ N iS iD P+ P+ VDD VGG uGS 0,uGD = UGS(off), 溝道變窄預夾斷 uGS 0 ,uGD uGS(off),夾斷， iD幾乎不變 G D S iS iD P+ VDD VGG P+ P+ (1) 改變 uGS ， 改變了 PN 結(jié)中電場 ， 控制了 iD ， 故稱場效應管； (2)結(jié)型場效應管柵源之間加反向偏置電壓 ， 使 PN 反偏 ，柵極基本不取電流 ， 因此 ， 場效應管輸入電阻很高 。 (c) (d) 第四版童詩白 87 uGD uGS(off)時 , uGS 對漏極電流 iD的控制作用 場效應管用 低頻跨導 gm的大小描述柵源電壓對漏極電流的控制作用。 場效應管為電壓控制元件 (VCCS)。 在 uGD ＝ uGS － uDS uGS(off),當 uDS為一常量時，對應于確定的 uGS ，就有確定的 iD。 gm=?iD/?uGS (單位 mS) 第四版童詩白 88 小結(jié) (1)在 uGD ＝ uGS － uDS uGS(off)情況下 , 即當 uDS uGS uGS(off) 對應于不同的 uGS ， ds間等效成不同阻值的電阻。 (2)當 uDS使 uGD ＝ uGS(off)時， ds之間預夾斷 (3)當 uDS使 uGD uGS(off)時， iD幾乎僅僅決定于 uGS ， 而與 uDS 無關(guān)。此時， 可以把 iD近似看成 uGS控制的電流源。 第四版童詩白 89 二、結(jié)型場效應管的特性曲線 1. 轉(zhuǎn)移特性 (N 溝道結(jié)型場效應管為例 ) 常數(shù)?? DS)( GSD UufiO uGS iD IDSS UGS(off) 圖 轉(zhuǎn)移特性 uGS = 0 ， iD 最大；uGS 愈負， iD 愈??；uGS = UGS(off) ， iD ? 0。 兩個重要參數(shù) 飽和漏極電流 IDSS(UGS = 0 時的 ID) 夾斷電壓 UGS(off) (ID = 0 時的 UGS) UDS iD VDD VGG D S G V ? ? V ? ? uGS 特性曲線測試電路 ? ? mA 第四版童詩白 90 轉(zhuǎn)移特性 O uGS/V ID/mA IDSS UP 圖 轉(zhuǎn)移特性 2. 輸出特性曲線 當柵源 之間的電壓 UGS 不變時 ， 漏極電流 iD 與漏源之間電壓 uDS 的關(guān)系 ， 即 結(jié)型場效應管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式： 常數(shù)?? GS)( DSD Uufi)0( )1(GSG S ( o f f )2G S ( o f f )GSD S SDuUUuIi ??≤ ≤ 第四版童詩白 91 IDSS/V PGSDS UUU ??iD/mA uDS /V O UGS = 0V 1 2 3 4 5 6 7 V8P ?U預夾斷軌跡 恒流區(qū) 可變電阻區(qū) 漏極特性也有三個區(qū)： 可變電阻區(qū) 、 恒流區(qū)和夾斷區(qū) 。 圖 (b) 漏極特性 輸出特性 （ 漏極特性） 曲線 夾斷區(qū) UDS iD VDD VGG D S G V ? ? V ? ? uGS 圖 (a)特性曲線測試電路 ? ? mA 擊穿區(qū) 第四版童詩白 92 ＊ 結(jié)型 P 溝道的特性曲線 S G D 轉(zhuǎn)移特性曲線 iD UGS（ Off） IDSS O uGS 輸出特性曲線 ? ? ? o 柵源加正偏電壓， (PN結(jié)反偏 )漏源加反偏電壓。 第四版童詩白 93 絕緣柵型場效應管 MOSFET MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor 由金屬 、 氧化物和半導體制成 。 稱為 金屬 氧化物半導體場效應管 ， 或簡稱 MOS 場效應管 。 特點：輸入電阻可達 1010 ? 以上 。 類型 N 溝道 P 溝道 增強型 耗盡型 增強型 耗盡型 UGS = 0 時漏源間存在導電溝道稱 耗盡型場效應管； UGS = 0 時漏源間不存在導電溝道稱 增強型場效應管 。 第四版童詩白 94 一、 N 溝道增強型 MOS 場效應管 結(jié)構(gòu) P 型襯底 N+ N+ B G S D SiO2 源極 S 漏極 D 襯底引線 B 柵極 G 圖 N 溝道增強型 MOS 場效應管的結(jié)構(gòu)示意圖 S G D B 第四版童詩白 95 1. 工作原理 絕緣柵場效應管利用 UGS 來控制 “ 感應電荷 ”的多少 ， 改變由這些 “ 感應電荷 ” 形成的導電溝道的狀況 ， 以控制漏極電流 ID。 (1)UGS = 0 漏源之間相當于兩個背靠背的 PN 結(jié) ， 無論漏源之間加何種極性電壓 ， 總是不導電 。 S B D 第四版童詩白 96 (2) UDS = 0， 0 UGS UGS(th) P 型襯底 N+ N+ B G S D 柵極金屬層將聚集正電荷 ，它們排斥 P型襯底靠近 SiO2 一側(cè)的空穴 ， 形成由負離子組成的耗盡層 。 增大 UGS 耗盡層變寬 。 VGG ? ? ? ? ? ? (3) UDS = 0， UGS ≥ UGS(th) 由于吸引了足夠多 P型襯底的電子 ， 會在耗盡層和 SiO2 之間形成可移動的表面電荷層 —— ? ? ? N 型溝道 反型層、 N 型導電溝道。 UGS 升高， N 溝道變寬。因為 UDS = 0 ，所以 ID = 0。 UGS(th) 或 UT為開始形成反型層所需的 UGS，稱 開啟電壓 。 第四版童詩白 97 (4) UDS 對導電溝道的影響 (UGS UT) 導電溝道呈現(xiàn)一個楔形 。 漏極形成電流 ID 。 b. UDS= UGS – UT， UGD = UT 靠近漏極溝道達到臨界開啟程度 ， 出現(xiàn)預夾斷 。 c. UDS UGS – UT， UGD UT 由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大 ， UDS 逐漸增大時 ，導電溝道兩端電壓基本不變 ， iD因而基本不變 。 a. UDS UGS – UT ， 即 UGD = UGS – UDS UT P 型襯底 N+ N+ B G S D VGG VDD P 型襯底 N+ N+ B S D VGG VDD P 型襯底 N+ N+ B G S D VGG VDD 夾斷區(qū) 第四版童詩白 98 D P型襯底 N+ N+ B G S VGG VDD P型襯底 N+ N+ B G S D VGG VDD P型襯底 N+ N+ B G S D VGG VDD 夾斷區(qū) 圖 UDS 對導電溝道的影響 (a) UGD UT (b) UGD = UT (c) UGD UT 在 UDS UGS – UT時，對應于不同的 uGS就有一個確定的 iD 。 此時， 可以把 iD近似看成是 uGS控制的電流源。 第四版童詩白 99 3. 特性曲線與電流方程 (a)轉(zhuǎn)移特性 (b)輸出特性 UGS UT ， iD = 0； UGS ≥ UT， 形成導電溝道 ，隨著 UGS 的增加 ， ID 逐漸增大 。 2TGSDOD )1( ?? UuIi(當 UGS UT 時 ) 三個區(qū)：可變電阻區(qū) 、 恒流區(qū) (或飽和區(qū) )、 夾斷區(qū) 。 UT 2UT IDO uGS /V iD /mA O 圖 (a) 圖 (b) iD/mA uDS /V O TGS UU ?預夾斷軌跡 恒流區(qū) 可變電阻區(qū) 夾斷區(qū)。 UGS增加 第四版童詩白 100 二、 N 溝道耗盡型 MOS 場效應管 P型襯底 N+ N+ B G S D ++++++ 制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子 ，這些正離子電場在 P 型襯底中 “ 感應 ” 負電荷 ， 形成“ 反型層 ” 。 即使 UGS = 0 也會形成 N 型導電溝道 。 ++++++ UGS = 0， UDS 0， 產(chǎn)生較大的漏極電流； UGS 0， 絕緣層中正離子感應的負電荷減少 ， 導電溝道變窄 ， iD 減小； UGS = UP , 感應電荷被 “ 耗盡 ” ， iD ? 0。 UP或 UGS(off)稱為夾斷電壓 圖 第四版童詩白 101 N 溝道耗盡型 MOS 管特性 工作條件： UDS 0； UGS 正、負、零均可。 iD/mA uGS /V O UP (a)轉(zhuǎn)移特性 IDSS 耗盡型 MOS 管的符號 S G D B (b)輸出特性 iD/mA uDS /V O +1V UGS=0 ?3 V ?1 V ?2 V 4 3 2 1 5 10 15 20 N 溝道耗盡型 MOSFET 第四版童詩白 102 三、 P溝道 MOS管 MOS管 的開啟電壓 UGS(th) 0 當 UGS UGS(th) ， 漏 源之間應加負電源電壓 管子才導通 ,空穴導電 。 MOS管 的夾斷電壓 UGS(off)＞ 0 UGS 可在正、負值的一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對 iD的控制 ， 漏 源之間應加負電源電壓。 S G D B P溝道 S G D B P溝道 四、 VMOS管 VMOS管漏區(qū)散熱面積大， 可制成大功率管。 第四版童詩白 103 種 類 符 號 轉(zhuǎn)移特性曲線 輸出特性曲線 結(jié)型 N 溝道 耗盡型 結(jié)型 P 溝道 耗盡型 絕緣 柵型 N 溝道 增強型 S G D S G D ? ? ? o S G D B uGS iD O UT 各類場效應管的符號和特性曲線 + UGS = UT uDS iD + + + O iD UGS= 0V ? ? ? uDS O uGS iD UP IDSS O uGS iD /mA UP IDSS O 第四版童詩白 104 種 類 符 號 轉(zhuǎn)移特性曲線 輸出特性曲線 絕緣 柵型 N 溝道 耗盡型 絕緣 柵型 P 溝道 增強型 耗盡型 ID S G D B UDS ID _ UGS=0 + _ O ID UGS UP IDSS O S G D B ID S G D B ID ID UGS UT O ID UGS UP IDSS O