2022-2023学年高二物理竞赛课件：绝缘栅型场效应管

绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管 < 金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）> （a）增强型N沟道MOSFET （b）增强型P沟道MOSFET （c）耗尽型N沟道MOSFET （c）耗尽型P沟道MOSFET 当uGS=0时，没有导电沟道 当uGS=0时，就存在导电沟道 G D S （a） G D S （b） G D S （c） G D S （d） B B B B P 型衬底 G S D B N+ N+ 工作原理 1、当uGS=0时，无论D、S间加何种极性的电压， 其间的PN结总有一个处于反偏，无导电沟道， iD=0。 2、若uDS=0时， uGS>0， G到B电场 吸引电子排斥空穴 当uGS>UGS (th) (反型层) uGS  反型层  沟道电阻 若在DS间加一个正电压，则 iD  形成N型薄层 uGS (th)——开启电压（重要参数） DS间形成导电沟道  uGS对iD有控制作用。 （为增强型MOSFET） 结论： 栅源电压通过改变半导体表面感生电荷的多少来改变沟道 电阻从而控制漏极电流的大小，也是“电压控制电流器件”。 3、当导电沟道形成后， uDS对iD的影响。 ① uDS较小时，满足条件 uGD = uGS-uDS> UGS (th) 此时沟道连续， iD  uDS G S D P 型衬底 B N+ N+ ② 随uDS的增大，漏端沟道明显变窄， 此时沟道预夹断。 沟道夹断后，uDS上升，iD 趋于饱和。 由于D、S间存在电位差，D端高，S端低，所以导电沟道呈楔形。 （预夹断方程） uDS iD 0 uGS－uGS(th) BUDS 6V 当uGD = uGS-uDS＝ UGS (th) 5V 4V ③uDS> BUDS，PN结击穿， iD急剧增大。 改变的uGS值，得到一簇特性曲线。 二、特性曲线和主要参数 uGS > 0; uDS > 0 要求： iD uDS 0 4V 3V 2V 5V 1. 输出特性 可变电 阻区 恒流区 击 穿 区 截止区 uGS= UGS(th) uGD= uGS(th) 预夹断 BUDS N沟道增强型MOSFET各工作区的条件： 恒流区 可变电阻区 预夹断状态 截止区 / uGD uGS 电源极性 uGS > 0; uGS<uGS(th) uGS>uGS(th) uGD=uGS(th) uGD>uGS(th) uGD<uGS(th) uDS > 0 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 2. 转移特性曲线 iD uDS 0 5V 4V 3V 2V 10V iD uGS 0 UGS(th) IDO 2UGS(th) （恒流区） 转移特性曲线的方程： 3. 主要参数 （1）开启电压UGS(th)： （2）漏极输出电阻rd： （3）低频跨导gm： 1、结构和工作原理 二、 N沟道耗尽型MOSFET G S D P 型衬底 B N+ N+ + + + + + + ○ ○ ○ ○ G D S B 1）当uGS=0时，正离子使导电沟道形成。 2）当uGS>0，沟道加宽； uGS<0，沟道变窄。 3）当uGS负值达到一定的数值时，沟道消失，此时的 uGS= UGS (off) < 0 为管子的夹断电压。 预先掺入大量正离子 4）uDS对iD的影响与增强型MOSFET相似。 1、结构和工作原理 G S D P 型衬底 B N+ N+ + + + + + + 1）当uGS=0时，正离子使导电沟道形成。 2）当uGS>0，沟道加宽； uGS<0，沟道变窄。 3）当uGS负值达到一定的数值时，沟道消失，此时的 uGS= UGS (off) < 0 为管子的夹断电压。 4）uDS对iD的影响与增强型MOSFET相似。 2、特性曲线 iD uDS 0 0.2V 0V -0.3V 可变电 阻区 恒流区 击 穿 区 截止区 -0.6V 0.4V 输出特性曲线 UGS(off) 2、特性曲线 iD uDS 0 0.2V 0V -0.3V 可变电 阻区 恒流区 击 穿 区 截止区 -0.6V 0.4V 输出特性曲线 UGS(off) iD uGS 0 UGS(off) IDSS 转移特性曲线 耗尽型MOSFET的栅源电压可为正值，也可为负值和0， 使用较为灵活。 曲线方程： 与JFET相同。 2、特性曲线 iD uDS 0 0.2V 0V -0.3V 可变电 阻区 恒流区 击 穿 区 截止区 -0.6V 0.4V UGS(off) G S D P 型衬底 B N+ N+ + + + + + + N沟道耗尽型MOSFET各工