康华光模电第五章课件

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5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管

5.2 MOSFET放大电路5.3 结型场效应管(JFET) *5.4 砷化镓金属-半导体场效应管 5.5 各种放大器件电路性能比较

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场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电 的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半 导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作 为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。

场效应管的分类：增强型 MOSFET 绝缘栅型 FET 场效应管 JFET 结型 耗尽型 N沟道

N沟道P沟道

N沟道P沟道

(耗尽型)

P沟道

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5.1 金属-氧化物-半导体 (MOS)场效应管5.1.1 N沟道增强型MOSFET 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 5.1.3 P沟道MOSFET 5.1.4 沟道长度调制效应 5.1.5 MOSFET的主要参数

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5.1.1 N沟道增强型MOSFET1. 结构(N沟道增强型)基本上是一种左右对称的拓 扑结构，它是在P型半导体 上生成一层SiO2 薄膜绝缘 层，然后用光刻工艺扩散两 个高掺杂的N型区，从N型 区引出电极，一个是漏极D, 一个是源极S。在源极和漏 极之间的绝缘层上镀一层金 属铝作为栅极G。P型半导 体称为衬底，用符号B表示。

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L :沟道长度 W :沟道宽度 tox :绝缘层厚度

通常 W > L

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符号剖面图

D(Drain)为漏极，相当c; G(Gate)为栅极，相当b; S(Source)为源极，相当e。

# 符号中的箭头方向表示什么？短画线表示什么？ 箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。短 画线表示未加栅压时，漏源间没有导电沟道。 (P199)

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MOSFET:利用VGS控制半导体表面的电场效应， 通过改变感生沟道的宽窄来控制iD 。 绝缘栅场效应三极管(MOSFET)分为： 增强型 →N沟道、P沟道 耗尽型 →N沟道、P沟道 耗尽型：vGS=0,iD ≠ 0 增强型：vGS=0,iD=0

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2. 工作原理(N沟道增强型)(1)vGS对沟道的控制作用(vDS一定) 当vGS=0时 当VGS=0 V时，漏源之间形成两个背 靠背的二极管，在D、S之间加上电 压，总有一个PN结是反偏的，不会 在D、S间形成电流。iD=0。

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(1)vGS对沟道的控制作用(vDS一定)

当0<vGS <VT 时

栅极和衬底相当于以SiO2为介质的平板电容，在正的栅 源电压作用下产生由栅极指向衬底的强电场，将靠近栅极下 方的P型半导体中的空穴向下方排斥，吸引少子(电子)向 表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟 通，所以仍然不足以形成漏极电流iD。

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(1)vGS对沟道的控制作用(vDS一定)

当vGS≥VT 时

VT 称为开启电压

进一步增加VGS,当VGS>VT时，由于此时的栅极电压已经比 较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，在 衬底表面形成N型薄层，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源 电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导

电沟道中的 电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称这个N型薄 层为反型层。这个反型层实际上是源极和漏极间的导电沟道， 由于是栅源间正电压感应产生的，也称感生沟道。随着VGS的继 续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VT后才 会出现漏极电流，这种MOS管称为N沟道增强型MOS管。

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(1)vGS对沟道的控制作用(vDS一定)

转移特性曲线的斜率gm 的大小反映了栅源电压 对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V,所 以gm也称为跨(互)导。

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(2)vDS对沟道的控制作用(vGS一定)vDS较小时，相当VGD=VGS-VDS>VT

或 VDS<VGS-VTvDS基本均匀降落在沟道中，沟道 呈楔形分布。越靠近漏端，反型 层越薄。在紧靠漏极处，沟道达 到开启的程度以上，漏源之间有 电流通过。

vDS iD 沟道电位梯度 靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄

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(2)vDS对沟道的控制作用(vGS一定) 当vDS增加到使VGD=VT时， 相当于vDS增加使漏极处沟道缩减 到刚刚开启的情况，称为预夹断， 此时的漏极电流iD基本饱和。 在预夹断处：VGD=VGS-VDS =VT或 VDS=VGS-VT

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(2)vDS对沟道的控制作用(vGS一定) 当vDS增加到VGD VT时， 相当于 VDS>VGS-VT 预夹断区域加长，伸向S 极。沟道电阻增加，vDS增 加的部分基本降落在随之 加长的夹断沟道上， iD基 本趋于不变。预夹断后，vDS 夹断区延长 沟道电阻 iD基本不变

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(3) vDS和vGS同时作用时vDS一定,vGS变化时,iD – vGS曲线。 vGS一定,vDS变化时,iD – vDS 曲线。

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3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 (1)输出特性及大信号特性方程iD f (v DS ) vGS const.

① 截止区当vGS <VT 时，导电沟 道 尚 未 形 成 ， iD = 0 , 为截止工作状态。

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② 可变电阻区vDS≤(vGS-VT)iD K n [ 2( vGS VT ) vDS vDS ]2

近似为： D 2 K n ( vGS VT ) vDS i

rdso

dvDS di D

1 2K n ( vGS VT )

vGS 常数

输出电阻rdso是一个受vGS控制的可变电阻 式中Kn为电导常数,与场效 …… 此处隐藏：462字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……