2022-2023学年高二物理竞赛课件：N-EMOS场效应特性

N-EMOS场效应特性 四端网络，三种连接：共S、D、G。由于N-EMOS管栅极电流约为零，故没有输入特性曲线。 共源组态特性曲线： iD= f ( vGS ) vDS = 常数 转移特性： iD= f ( vDS ) vGS = 常数 输出特性： 一、伏安特性 + T VDS iG0 vGS iD + - - 转移特性与输出特性反映FET管同一物理过程，它们之间可相互转换。 （3-1-5） N-EMOS场效应特性 （3-1-6） vDS 夹断区加长。 预夹断后： vDG<VGS(th) iD几乎只由vGS决定，与vDS无关 恒流特性 vDS  →iD 基本维持不变。 若忽略CLME效应,则近似认为l 不变(即Ron不变)。 因此，预夹断后： 当vGS>VGS(th)且不变，vDS> vGS-VGS(th)对沟道导电能力iD的影响。 图3-1-6，饱和区 若考虑沟道长度调制效应（CLME） 则vDS →沟道长度L略 →→沟道电阻Ron略。 因此，vDS  → iD略。如虚线。 由上述分析，描绘出iD随vDS 变化的关系曲线： iD vDS 0 vGS –VGS(th) vGS一定 曲线形状类似三极管输出特性。 B 图3-1-7 MOS管仅依靠一种载流子（多子）导电，故称单极型器件。 三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件（BJT）。 利用半导体表面的电场效应，通过VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变（感生）导电沟道的宽窄，以控制漏极电流iD。 N-EMOS工作原理小结： 总图：N—EMOSFET 工作原理 N—EMOS管输出特性曲线。 可变电阻区 击穿区 iD v DS 0 vGS=6V -3V -5V 线性 放大区 1、非饱和(可变电阻区)P114 4、击穿区。 2、饱和区（线性放大区） 3、截止区。 有四个工作区： vGS=4V vGS=3V vGS=5V 图3-1-8(a) ID=f(VDS)VGS=const N—EMOS管输出特性曲线 图3-1-8 N—EMOS管转移特性曲线 VGS(th) = 3V VDS = 5V 转移特性曲线反映vDS为常数时，vGS对iD的控制作用,可由输出特性转换得到。 iD/mA vDS /V 0 vDS = vGS –VGS(th) VGS =5V 3.5V 4V 4.5V vDS = 5V iD/mA vGS /V 0 1 2 3 4 5 转移特性曲线中,iD =0 时对应的VGS值,即开启电压VGS（th） 。 （3-1-8） 图3-1-8 MOS管COX很小，当带电物体（烙铁或人）靠近金属栅极时=Q大，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压VGS(=Q/COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。 MOS管保护措施： 1、分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。 2、MOS集成电路：限幅。 T D2 D1 D1 与D2： (1)限制VGS间最大电压。类似P38。 （2）对感 生电荷起旁路作用。 当栅源电压VGS很大时的击穿: 图3-1-9 二、衬底效应 IC中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证B与S、D之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高电位（P沟道）。 若| vBS |   - + vBS 耗尽层中负离子数 因vGS不变（G极正电荷量不变） iD  vBS = 0 iD/mA vGS /V O -2V -4V 根据衬底电压对iD的控制作用，又称B极为背栅极。 P P + N + N + S G D B vDS vGS - + - + 阻挡层宽度  表面层中电子数  3.1.4 耗尽型MOS场效应管 S G B D iD S G B D iD P P + N + S G D B N + N沟道DMOS N N + P + S G D B P + P沟道DMOS 一、DMOS管结构 vGS=0时，导电沟道已存在 沟道线是实线 图3-1-11 二氧化硅 g s d iD＝0 铝 耗尽层 N＋ N＋ P B衬底引线 B衬底引线 P N＋ N＋ 耗尽层 N型(感生)沟道 iD＝0 d s VGG