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1、4.3 金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET),类别,增强型： 没有导电沟道，,耗尽型： 存在导电沟道，,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,g,s,d,N+,N+,SiO2保护层,Al,b,P,结构示意图,1. 结构,结构与符号,P 型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法制作两个 N 区,在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层,用金属铝引出源极 S 和漏极 D,在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G,S 源极 Source,G 栅极 Gate,D 漏极 Drain,由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅极，N沟道增强符号，箭头
2、方向表示由P指向N。,2. 工作原理,电路连接图,(1) vGS =0 , vDS0,此时不管vDS极性如何，源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，iD=0,漏极和衬底间PN结反偏，漏源之间的电阻很大，没有形成导电沟道，iD=0。,(2) vGS 0 ,vDS =0,产生垂直向下的电场,电场排斥空穴，留下不能移动的负离子,吸引P型硅表面的电子,形成耗尽层,组成s d之间的导电沟道,当vGS =VT时,电子在P型硅的表面形成N型薄层称为反型层,是栅源正电压感应产生的，也称感生沟道,在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压叫做开启电压VT。,在vGS= 0没有导电沟道，必须依靠栅源的作用才形成感生沟道的
3、FET称为增强型MOS管,一旦出现感生沟道，两个N型区连在一起，产生电流iD,vDS,(d)沟道反型层呈楔形,(b) 由于沿沟道有电位梯度沟道厚度源端厚，漏端薄,(3) 当vGS VT ,vDS0时,(c) 绝缘层内不同点的电场强度不同,左高右低,(a) 外加较小的vDS 时， iD随vDS迅速增大,a. vDS升高,沟道变窄,vDS,反型层变窄,b. 当vGD =vGSvDS=VT时,uDS,沟道在漏极端夹断,(b) 管子预夹断,(a) iD达到最大值,c. 当vDS进一步增大,(a) iD达到最大值且恒定,uDS,vDS,沟道夹断区延长,(b) 管子进入恒流区,3特性曲线,输出特性曲线,(
4、a)输出特性,管子工作于恒流区时函数表达式,（b）转移特性曲线,式中，,4参数,MOSET与JFET的参数基本相同（见表4.1.1）。不同的是在增强型管子中不用夹断电压VP，而用开启电压VT表征管子的特性。,4.3.2 N沟道耗尽型MOS管,1. MOS管结构示意图,绝缘层中渗入了正离子,出现反型层,形成导电沟道,g,导电沟道增宽,a.,导电沟道变窄,b.,耗尽型MOS管可以在vGS为正或负下工作,基本上无栅流。,g,4.3.3 各种FET的特性比较及使用注意事项 见表4.3.1,耗尽型,增强型,当 时,当 时,MOSFET符号,增强型,耗尽型,场效应管的特点（与双极型晶体管比较）,(1) 场
5、效应管是一种电压控制器件，即通过vGS来控 制iD；,双极型晶体管是一种电流控制器件，即通过iB来控制iC。,(2) 场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非常 高;,双极型晶体管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。,(3) 场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的;,在双极型晶体管中二种极性的载流子（电子和空穴）同时参与了导电。,(4) 场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定 性较好，且存在零温度系数工作点。,(5) 场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底在 制造时已连在一起的MOS管）漏极和源极可以 互换使用，且各项指标基本不受影响，使用方便、 灵活。,(6) 场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。,每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性晶体管5%。,场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相 同的负载电阻下，电压放大倍数比双极性晶体管 低。,(8) 由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电 荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在 栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的 击穿而损坏管子。,
