2022-2023学年高二物理竞赛课件：场效应管

场效应管 结型场效应管 场效应管应用原理 MOS场效应管 场效应管 场效应管和双极型管比较 集成工艺 概 述 场效应管是另一种有正向受控作用的半导体器件。 特点： 比BJT制造工艺简单、占用芯片面积小(体积小)、器件特性便于控制等。 是目前制造LSIC的主要有源器件。 MOS场效应管 P沟道（P-EMOS） N沟道（N-EMOS） P沟道（P-DMOS） N沟道（N-DMOS） MOSFET 增强型（E） 耗尽型（D） JFET 结型 N沟道 P沟道 N-JFET P-JFET FET分类： N + N + P + P + P B S G D 3.1.1 N-EMOS FET结构示意图 源极 漏极 衬底极 SiO2 绝缘层 金属栅极 P型硅 衬底 S G B D 电路符号 l 沟道长度 W 沟道宽度 铝，多晶硅 MOS场效应管 扩散。引线区P+ vGS=0时，无导电沟道 沟道线 1、由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管（M-O-S）。——平板电容器。 2、栅极有SiO2绝缘层，或又称 I-G-FET（绝缘栅型）场效应管。 MOS场效应管 3、FET利用输入回路的电压（电场效应）来控制输出回路电流的器件，故此命名。 4、符号中，箭头指向PN结正偏时正向电流方向。 P沟道EMOS管结构、符号。 + - vGS vDS + - N N + P + S G D B P + N-EMOS管与P-EMOS管工作原理相似。 PN结反偏=U接最高电位，即 vDS < 0 、vGS < 0 各极外加电压极性相反、电流ID流向相反。 不同之处： 电路符号中的箭头方向相反。形成电流的载流子性质不同。 或B与S极相连。 S G B D 电路符号 MOS管外部工作条件:两个PN结反偏（D与B,S与B）。 N-EMOS管为： vDS > 0 (保证漏、衬PN结反偏)。 vDS <0 B接电路最低电位， 或B与S极相连(保证源、衬PN结反偏)。 vGS > 0 (形成导电沟道)。 vGS < 0 MOS场效应管 3.1.2 N-EMOS场效应管工作原理 说明 一、截止区与沟道形成。 1、沟道形成原理。 (1)设vDS =0，当vGS=0时，两个N+区彼此隔断，iD=0。 栅衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。 阻挡层宽度，向低掺杂的P区扩展。负离子。 图(a) 图3-1-2(a) (2)当vGS>0时，vGS对沟道导电能力的控制作用。图3-1-2(b) 若vGS>0，电场指向下，将两个N+区（D、S区多子）和B的少子电子吸向表面，与空穴复合，又排斥B的空穴。衬底表面薄层留下负离子为主的空间电荷区，并与左右的电荷区相通。图3-1-2(b)。 当vGS 耗尽层加宽，电子大于空穴，P转为N，两个N+区相通，D、S形成导电沟道。图3-1-2(C)。 称它反型层，由电子形成的，称N沟道。 N型导电沟道。 反型层 图(b) 图(C) 图(C) vGS越大，反型层中n 浓度越多，导电能力越强，漏极电流越大。 沟道电阻变小。 反型层加厚 vGS (3)开启电压VGS(th)：沟道刚刚形成时的vGS栅源电压。 当vDS>0时，两个N+区，S区多子电子漂移到D区，形成自D极向S极的漏极电流。 漏极电流变大。 二、当vGS>VGS(th)且不变，0<vDS< vGS-VGS(th) 对沟道导电能力iD的影响。图3-1-4 vDS较小 vGD 沟道变窄。 若vGD=VGS(th) 预夹断 vDS 讲P114，沟道，S最深，D最浅。当vGS一定， 预夹断前： D—S间呈线性电阻 这由vDS引起近漏极端的夹断，与前述整个沟道夹断不同。 (3-1-3) 图3-1-4，非饱和区(可变电阻区)P114 $