绝缘栅场效应管.
绝缘栅场效应管（IGFET）的基本知识
绝缘栅场效应管（IGFET）的基本知识绝缘栅场效应管(IGFET) 的基本知识1.增强型NMOS管s：Source 源极，d：Drain 漏极，g：Gate 栅极，B：Base 衬底，在P型衬底扩散上2个N 区，P型表⾯加S i O2绝缘层，在N 区加铝线引出电极。
2.增强型PMOS管在N型衬底上扩散上2个P 区，P型表⾯加S i O2绝缘层，在⼆个P 区加铝线引出电极。
PMOS与NMOS管的⼯作原理完全相同，只是电流和电压⽅向不同。
3.增强型NMOS管的⼯作原理正常⼯作时外加电源电压的配置：(1)V GS=0, V DS=0：漏源间是两个背靠背串联的PN结，所以d-s间不可能有电流流过，即i D≈0。
(2)当V GS＞0，V DS=0时：d-s之间便开始形成导电沟道。
开始形成导电沟道所需的最⼩电压称为开启电压V GS(th)(习惯上常表⽰为V T)。
沟道形成过程作如下解释：此时，在栅极与衬底之间产⽣⼀个垂直电场(⽅向为由栅极指向衬底)，它使漏-源之间的P型硅表⾯感应出电⼦层(反型层)使两个N 区沟通，形成N型导电沟道。
如果，此时再加上V DS电压，将会产⽣漏极电流i D。
当V GS＝0时没有导电沟道，⽽当V GS增强到＞V T时才形成沟道，所以称为增强型MOS 管。
并且V GS越⼤，感应电⼦层越厚，导电沟道越厚，等效沟道电阻越⼩，i D越⼤。
(3)当V GS>VT，V DS>0后，漏-源电压V DS产⽣横向电场：由于沟道电阻的存在，i D沿沟道⽅向所产⽣的电压降使沟道上的电场产⽣不均匀分布。
近s端电压差较⾼，为V GS；近d端电压差较低，为V GD＝V GS-V DS，所以沟道的形状呈楔形分布。
1)当V DS较⼩时：V DS对导电沟道的影响不⼤，沟道主要受V GS控制，所以V GS为定值时，沟道电阻保持不变，i D随V DS增加⽽线性增加。
此时，栅漏间的电压⼤于开启电压，沟道尚未夹断，。
绝缘栅型场效应管之图解
绝缘栅型场效应管之图解绝缘栅型场效应管之图解N 沟道绝缘栅型场效应管结构动画其他MOS 管符号绝缘栅型场效应管是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 漏源之间有导电沟道，在VDS 作用下iD 。
1.结构和符号（以在一块浓度较低的 覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。
N 沟道增强型为例）P 型硅上扩散两个浓度较高的 P 衬底00 Qo在VDS 作用下无iD o 耗尽型：VGS=0时,N 型区作为漏极和源极，半导体表面DWSN 沟ifi 箭头问里 衬底斷开S 心1I衬底SN沟道衬底2.工作原理(以N沟道增强型为例)(1) VGS=0时，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反偏，所以不存在导电沟道。
VGS =0 ID =0VGS必须大于0管子才能工作。
(2) VGS>0时，在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。
T|l戶-iHVosgTTId n -VGS 达到一定值时P 区表面将形成反型层把两侧的沟通，形成导电沟道。
VGS >A g 吸引电子7反型层7导电沟道 VGSf f 反型层变厚7 VDS ID ?⑶VGS> VT时而VDS较小时:VDS— ID tVT:开启电压，在VDS作用下开始导电时的VGSVT = VGS —VDS V DS V GSV GS3. 特性曲线（以N 沟道增强型为例）场效应管的转移特性曲线动画g =丿着-1）2 Aa （j 是％卅=2齐・|【寸的//丫4. 其它类型MOS 管制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子， 所以即使在VGS=0时,N 区之间存在导电沟道（类似结型场效应管）。
4/D4-2-K 夹端轨迹\bs-6V壯严厲V s■ ■ _ _2y ;nI II I I ■2 4 6 8 iO 12（1） N 沟道耗尽型: 由于正离子的作用，PN 结 衬底-4 JVbs=5I ! ^GSg其它类型MOS 管（2） P 沟道增强型：VGS = 0时，ID = 0开启电压小于零，所以只有当 VGS < 0时管子才能工作。
绝缘栅电力场效应晶体管文字符号
绝缘栅电力场效应晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种半导体器件，可以控制大电流和大电压。
它结合了绝缘栅双极晶体管（IGCT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的优点，具有低导通压降、高开关速度和高开关频率等特点。
IGBT在现代电力、电子、汽车、工业控制等领域得到了广泛应用。
从外观上看，绝缘栅电力场效应晶体管的文字符号为IGBT，它的排列和形状是一个有特定规则的图案，在电子元件的标注中起到了非常重要的作用。
在电路设计和电子设备制造过程中，正确识别和使用IGBT的文字符号至关重要。
文字符号包含了大量的信息，如器件类型、封装形式、性能等，对于制定电路方案、进行元器件选型和进行电路调试都有着十分重要的作用。
IGBT的文字符号通常包含多个英文字母和数字，每个字母和数字都代表了不同的信息。
在解读IGBT的文字符号时，需要了解每个字母和数字的含义，才能准确地识别出器件的型号和性能参数。
IGBT的文字符号一般包括以下几个部分：1. 器件类型：第一个字母代表了器件的类型，如IGBT、普通整流桥、集成晶体管等。
2. 频率特性：在文字符号中的第一个数字表示了器件的频率特性，比如高频IGBT、中频IGBT、低频IGBT等。
3. 最大工作电压：第二个数字代表了IGBT的最大工作电压。
4. 最大工作电流：最后一个数字表示了IGBT的最大工作电流。
以IGBT模块为例，其文字符号可能是这样的：IGBT100A1200V，其中"A"代表了100A的额定电流，"1200V"代表了1200V的最大工作电压。
通过解读IGBT的文字符号，可以清楚地了解器件的类型、频率特性、最大工作电压和最大工作电流等重要参数，有利于正确选择器件、设计电路和进行设备维护。
IGBT的文字符号是非常重要的，它包含了丰富的信息，能够帮助工程师们准确识别器件、选择器件、设计电路，保证电子设备的正常运行。
绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管（Insulated-GateField-EffectTransistor，IGFET）也称为绝缘介质场效应晶体管，是一种场效应晶体管，具有线性特征，它使用了加入了一个带有外部驱动器的可控场栅。
IGFET 包括金属氧化物场效应晶体管（MOSFET），极化金属氧化物场效应晶体管（PMOSFET）和准分立双极型（JFET）场效应晶体管。
这些晶体管的操作或依赖较小的电场，作出反应，它们是基于场栅的控制，而不是电流。
它们有很多优点，例如有很小的电场驱动和能耗，以及宽的通行范围和高的集电极电压利用率，它们也有很小的磁耦合和抗漏电能力（EMI）影响。
绝缘栅场效应管的工作原理绝缘栅场效应管（IGFET）是由一个晶体管和一个控制电极组成的，它在工作时受到一种较小的外加电场的作用，由控制电极控制，从而控制了晶体管的电流通过。
它有三个端口，栅极（G），源极（S）和漏极（D）。
当隔离场介电层（它在栅极和晶体管的源极/漏极之间）被电场作用激活，电流就会从源极进入漏极，即由此产生管的当量电路效果，从而实现将外加的小电场控制的输入信号转换为输出电流的功能。
绝缘栅场效应管的应用绝缘栅场效应管（IGFET）在许多电子电路中都有广泛的应用，其中最常见的是开关模式，用于将输入信号转换为输出相应的开关状态。
它们还可用于模拟应用，例如控制放大器，滤波器和电源管理等。
在微处理器和其他综合电路中，它们用作开关和驱动器。
此外，绝缘栅场效应管还可以用于制作高功率放大器，电动机驱动器和电源控制器等。
绝缘栅场效应管的发展绝缘栅场效应管（IGFET）被发明于1960年，它有着可充电量子井层结构，更高效率，更低漏电流等诸多优点，使其在微电子领域取得了巨大成功。
随着技术的进步，新型绝缘栅器件不仅可以提高集电极电压利用率，而且可以在更高的温度和频率范围内工作，因此可以将这类器件应用于更多的工程领域。
未来，绝缘栅场效应管将成为集成电路中更可靠、抗漏电、节能的控制元件。
绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Insulated Gate Field Effect Transistor，IGFET)的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。
又因为栅极为金属铝，故又称为MOS(Metal-Oxide-Semicondutor)管。
a. N沟道增强型MOS管结构示意图b. 符号(符号中的箭头表示从P区（衬底）指向N区（N沟道），虚线表示增强型。
)与结型场效应管相同，MOS管也有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种。
因此MOS管分为四种类型：N沟道增强型、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管和P沟道耗尽型管。
(凡栅-源电压U GS为零时漏极电流也为零的管子，均属于增强型管；凡栅-源电压U GS为零漏极电流部位零的管子均属于耗尽型管。
)一、N沟道增强型MOS管N沟道增强型MOS管结构和符号如上图所示，它一块低掺杂的P型硅片为衬底，利用扩散工艺制作两上高掺杂的N+ 区，并引出两个电极，分别为源极s和漏极d，半导体之上制作一层SiO2绝缘层，再在SiO2之上制作一层金属铝，引出电极，作为栅极g。
通常衬底与源极接在一起使用。
这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层，形成电容。
当栅-源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。
1、工作原理①栅-源电压U GS的控制作用①当U GS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。
②当U DS=0且U GS＞0V时(由于SiO2的存在，栅极电流为零，但是栅极金属层将聚集正电荷)→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥(使之剩下不能移动的负离子区)→耗尽层。
③再增加U GS →纵向电场↑→耗尽层增宽→将P区少子电子聚集到P区表面(耗尽层与绝缘层之间) →形成一个N型薄层，称为反型层，整个反型层就构成漏-源之间的导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流i d。
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性场效应管(MOSFET)是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。
它的输入电阻可高达1015W，而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。
场效应管也称为MOS管，按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。
在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。
绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。
每种又有增强型和耗尽型两类。
下面简单介绍它们的工作原理。
1、增强型绝缘栅场效应管2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。
在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。
然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极，称为栅极G。
另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。
它的栅极与其他电极间是绝缘的。
图6-38(b)所示是它的符号。
其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。
图6-38 N沟道增强型场效应管场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。
从图6-39(a)可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。
当栅-源电压UGS=0时，即使加上漏-源电压UDS，而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID≈0。
若在栅-源极间加上正向电压，即UGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。
当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图6-39(b)所示。
绝缘栅型场效应管
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件。 其作用有放大、开关、可变电阻。
特点：输入电阻很大；便于集成
分类：结型（N沟道、P沟道） 绝缘栅型 增强型（N沟道、P沟道） 耗尽型（N沟道、P沟道）
2
1.1 基本结构和工作原理
1. 基本结构
N沟道增强型
导电 沟道
源极 栅极 漏极
ID
转移特性曲线
夹断电压
UGS
Uoff 0
13
不论栅—源电压正、负或0都能控制漏极 电流，但一般工作在负栅—源电压状态
ID
输出特性曲线
UGS>0
UGS=0
UGS<0
0
U DS
14
P沟道绝缘栅场效应管的工作原理和特性 与N沟道场效应管完全相同，两者只是在工 作时所加电压的极性不同，当然，产生电流 的方向也不同。
漏源极电压U DS的关系曲线
Ⅰ区：UDS较小时
可变电阻区 Ⅰ
Ⅱ 恒流区
I相D随当U于DS的一增个加可而变增电加阻，ID
Ⅱ区：UDS较大时
I化D只，随UGUSG一S的定变时化，而相变 当于一个压控恒流源
0
UGS=5V UGS=4V UGS=3V
U DS
12
❖耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
反向电耗压尽才型能的夹M断OS。管UGS=0时就有导电沟道，加
S GD
UGS较小时， 导电沟道相当 于电阻将D-S 连接起来， U阻G越S越小大。此电
N
N
P
10
1.2 增强型N沟道MOS管的特性曲线
1. 转移特性
当压漏UG源S的间关电系压曲U线DS。保持一定值时，漏极电流ID与栅源极电
绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管是一种重要的集成电路，它由内置的电极组成，可用于控制和调整设备的电流和电压。
绝缘栅场效应管的运转原理可分为三个主要部分：绝缘栅场，场效应晶体管（FET）和栅场效应晶体管（MOSFET）。
绝缘栅场是指一种电压场，它可以将晶体管的运行分成两类：半导体模拟电路和开关电路中所使用的场效应晶体管（FET）。
FET由一个源、一个汲取电极（D）和一个漏电极（G）组成。
当漏电极G通过一个低电压时，绝缘栅场就可以构成。
场效应晶体管（FET）通过一个绝缘栅场来控制电流的传递，从而改变电路中的流动和状态。
此外，场效应晶体管也可以分为不同的电压等级，在电流传输时可以根据不同的电压等级实现电路的动态调整。
栅场效应晶体管（MOSFET）也称为沟道场效应晶体管，它是一种由一种特殊的金属氧化物半导体构成的电子器件，它可以改变电路中电流的流动方向，从而实现对供电系统中的传输功能进行控制和优化。
MOSFET也可以被称为栅极极化晶体管（MESFET），它的作用是通过绝缘栅场来调节电路中的电流和电压，从而实现电路的调整和优化。
绝缘栅场效应管的应用领域极其广泛，可以用于电源管理、传感器、声音处理、信号处理、通信和计算机系统等。
此外，绝缘栅场效应管还可以用于电路调节、保护、限流和节电等，延长它们的工作寿命，提升它们的精度和可靠性。
由于绝缘栅场效应管具有灵活、可靠和高效率的优点，因此它已成为装备家庭、商业以及其他仪器仪表类设备的必不可少的核心元件。
绝缘栅场效应管不仅可以提高设备的性能和可靠性，还可以把电子系统的特定功能封装在一起，满足各种电子系统设计的需求。
总之，绝缘栅场效应管是一种重要的集成电路，它可以用于控制和调整设备的电流和电压，改善它们的性能和可靠性，为电子设备提供全面的支持。
绝缘栅场效应管的应用领域极其广泛，它是家庭、商业以及其他仪器仪表类设备装备中不可或缺的核心元件。
绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管在结型场效应管中，栅极和沟道间的PN结是反向偏置的，所以输入电阻很大。
但PN结反偏时总会有一些反向电流存在，这就限制了输入电阻的进一步提高。
如果在栅极与沟道间用一绝缘层隔开，便制成了绝缘栅型场效应管，其输入电阻可提高到。
根据绝缘层所用材料之不同，绝缘栅场效应管有多种类型，目前应用最广泛的一种是以二氧化硅（SiO2）为绝缘层的金属一氧化物一半导体（Meial-Oxide-Semiconductor）场效应管，简称MOS场效应管（MOSFET）。
它也有N沟道和P 沟道两类，每类按结构不同又分为增强型和耗尽型。
一、增强型MOS管1．结构与符号图Z0125是N沟道增强型MOS管的结构示意图和符号。
它是在一块P型硅衬底上，扩散两个高浓度掺杂的N+区，在两个N+区之间的硅表面上制作一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，然后在SiO2和两个N型区表面上分别引出三个电极，称为源极s、栅极g和漏极d。
在其图形符号中，箭头表示漏极电流的实际方向。
2．工作原理绝缘栅场效应管的导电机理是，利用U GS控制"感应电荷"的多少来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流I D。
若U G S＝0时，源、漏之间不存在导电沟道的为增强型MOS管，U GS＝0 时，漏、源之间存在导电沟道的为耗尽型MOS管。
图Z0125中衬底为P型半导体，在它的上面是一层SiO2薄膜、在SiO2薄膜上盖一层金属铝，如果在金属铝层和半导体之间加电压U GS，则金属铝与半导体之间产生一个垂直于半导体表面的电场，在这一电场作用下，P型硅表面的多数载流子-空穴受到排斥，使硅片表面产生一层缺乏载流子的薄层。
同时在电场作用下，P型半导体中的少数载流子-电子被吸引到半导体的表面，并被空穴所俘获而形成负离子，组成不可移动的空间电荷层（称耗尽层又叫受主离子层）。
U G S愈大，电场排斥硅表面层中的空穴愈多，则耗尽层愈宽，且U GS愈大，电场愈强；当U GS增大到某一栅源电压值V T（叫临界电压或开启电压）时，则电场在排斥半导体表面层的多数载流子-空穴形成耗尽层之后，就会吸引少数载流子-电子，继而在表面层内形成电子的积累，从而使原来为空穴占多数的P型半导体表面形成了N型薄层。
绝缘珊场效应管MOS
在电力电子中的应用
开关电源
MOSFET作为开关元件，用于开关电源的整流和逆变电路，实现 电能转换和调控。
电机驱动
MOSFET用于电机驱动电路，控制电机的启动、调速和制动。
不间断电源（UPS）
MOSFET用于UPS的逆变器，将电池的直流电能转换为交流电能， 确保电力供应不间断。
在通信系统中的应用
射频功率放大器
MOSFET用于构建射频功率放大器，用于通信系统的信号发射。
高速数字信号处理
MOSFET用于高速数字信号处理电路，实现信号的调制、解调 和数字信号处理。
光纤通信系统
MOSFET用于光纤通信系统的光调制器和光解调器，实现光信 号的调制和解调。
06
绝缘珊场效应管mos的发展趋势和挑
战
技术发展趋势
更高频率
随着无线通信技术的发展，对绝缘珊场效应管mos的频率 要求越来越高，未来将不断推出更高频率的产品。
更高功率
随着电力电子设备的应用范围不断扩大，对绝缘珊场效应 管mos的功率要求也越来越高，未来将不断推出更高功率 的产品。
集成化
随着集成电路技术的发展，绝缘珊场效应管mos的集成化 程度越来越高，将多个器件集成在一个芯片上，实现更小 体积、更低成本。
金属电极材料
选择导电性能好、耐高温 的金属材料作为电极，常 用的金属电极材料有铝和 镍等。
制造流程
清洗和表面处理
生长绝缘层
刻蚀和图案化
金属化
退火和回刻
在制造mosfet之前，需 要对半导体表面进行清 洗和表面处理，以去除 表面的杂质和氧化层。
在半导体表面生长一定 厚度的绝缘层，常用的 生长方法有化学气相沉 积和物理气相沉积等。
工艺参数控制
绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管（InsulatedGateField-EffectTransistor，简称IGFET）是一种半导体开关元件，它可以在电路中扮演十分重要的角色。
这种元件的原理是：当在一个特定的绝缘栅上施加一个电压，就可以产生一个电场，从而改变半导体材料的电导率，即“场效应”。
IGFET的最大优点是：可使用低电压穿透半导体，它在很多应用中占据十分重要的地位；IGFET也可以在电路中接收低电压输入信号，并通过绝缘栅将多种电压级别的输出信号传输到其它的电路，以达到增强电路的复杂性的目的。
IGFET的基本结构是由外壳、内护、半导体材料三部分组成，其中半导体材料在绝缘栅上面施加电压可以产生电场，从而改变半导体材料的电导率。
绝缘栅是IGFET的一个重要部分，它是一种可以容纳空气、水或半导体（如硅、砷化镓、碲化镓）的透明网格，直接将电场作用于半导体材料上，产生改变半导体材料电导率的效果。
IGFET 的另一个重要部分是控制电压，控制电压的功能是控制绝缘栅上的电场的大小，从而改变材料的电导率，从而实现IGFET的打开和关闭状态。
由于IGFET的器件结构简单，以及其外护的简单性，因此其体积小，质量轻，生产成本低，而且激活和关闭时间短。
因此，IGFET在电子设备、自动控制、模拟电子、汽车电子、交换机、电源供应器等领域得到了广泛应用。
此外，IGFET还在通信、放大、检测、测量等领域被广泛应用，其中最重要的功能之一是它可以替代电感或电容。
IGFET在某些特殊的环境中能够提供更高的性能，由此也使它成为许多高科技应用的首选元件。
IGFET可以通过使用低电压的电路来防止意外的结构损坏，而且可以有效的利用能量，进行更有效的处理，从而节省计算机的能耗。
此外，IGFET的可靠性非常高，而且IGFET能提供高可靠性，这使得它尤其适合在可靠性要求高的系统中使用，如航空宇航，医疗和电力系统等，这是它与其他类型的半导体元件的一个重要优势。
绝缘栅型场效应管排布类型
绝缘栅型场效应管排布类型1.引言1.1 概述概述部分的内容：绝缘栅型场效应管（MOSFET）是一种广泛应用于电子器件中的重要器件。
它具有高频特性好、功耗低、噪声小等优点，因此在集成电路中得到了广泛的应用。
对于MOSFET而言，其排布类型是其性能和特性的重要影响因素之一。
在MOSFET的设计中，排布类型通常指的是不同晶体管单元之间的布局方式。
通过对晶体管单元的不同排布，可以实现不同的工作模式和功能。
根据排布方式的不同，绝缘栅型场效应管的排布类型一般分为两种：平面型和垂直型。
平面型排布方式是指将绝缘栅型场效应管的多个晶体管单元布置在同一水平平面上。
这种排布方式具有排布密度高、尺寸小的优点，适用于集成电路元件的高密度布局，能够实现尺寸小、电容小、速度快等优势。
然而，平面型排布方式也存在一些缺点，如存在互电容干扰、功耗较高等问题。
而垂直型排布方式是将绝缘栅型场效应管的多个晶体管单元布置在垂直于芯片表面的方向上。
这种排布方式能够有效减小互电容干扰，提高集成电路的稳定性和信号传输效果。
但相对于平面型排布方式，垂直型排布方式所需尺寸更大，造成布局密度较低的问题。
因此，对于不同的应用需求和设计目标，我们可以根据实际情况选择适合的绝缘栅型场效应管排布类型。
平面型排布方式适用于对尺寸和功耗要求较高的场合，而垂直型排布方式适用于对电容干扰和信号传输有较高要求的场合。
本文将对绝缘栅型场效应管的排布类型进行详细的介绍和分析，以期能够帮助读者更好地理解和应用绝缘栅型场效应管在电子器件中的工作原理和排布方式。
通过对排布类型的研究和分析，可以为绝缘栅型场效应管的设计和应用提供参考和指导，进一步推动电子器件的发展和应用。
1.2文章结构文章结构部分主要介绍本篇长文的组成结构和各个部分的内容安排。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个内容。
在概述中，将简要介绍绝缘栅型场效应管排布类型的背景和重要性。
绝缘栅场效应三极管的工作原理
双极型三极管
场效应三极管
较大
较小
受温度影响较大
较小，可有零温度系数点
几十到几千欧姆
几兆欧姆以上
不受静电影响
易受静电影响
不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成
例：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。
g
P
P
漏极d-集电极c
源极s-射极e
N
P型半导体两端各引出一 个电极－－源极
s 结型场效应管的结构
(2) 结型场效应管的工作原理
在N沟道场效应管中起导电作用的是沟道中的多子－电子，在P沟 道场效应管中起导电作用的是沟道中的多子－空穴，在一个场效应 管中只有一种极性的多数载流子参与导电，因此场效应管称为单极 型三极管。
⑥ 最大漏极功耗PDM
最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。
伏安特性曲线
各类场效应管的特性曲线
N 沟 道 增
绝强 缘型
栅
场P
效沟
应
道 增
管强
型
N 沟 道 耗 尽
绝型
缘
栅
场P 效沟
应 管
道 耗 尽
型
N 沟 道 耗 尽
结型
型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
场
效
应
P 沟
管道
耗
尽
型
1.4.5 双极型和场效应型三极管的比较
d
S为源极，相当于e。
b
g s
N沟道增强型 MOSFET结构示意图
当VGS=0V时，漏源之间相当于两个背靠背的 二极管，在D、S之 间加上电压不会在D、S间形成电流。
MOS管概述要点
基本电子电路系列——MOS管MOS管学名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，英文：MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），属于绝缘栅型。
本文就结构构造、特点、实用电路等几个方面用工程师的话简单描述。
其结构示意图：解释1：沟道上面图中，下边的p型中间一个窄长条就是沟道，使得左右两块P型极连在一起，因此mos管导通后是电阻特性，因此它的一个重要参数就是导通电阻，选用mos管必须清楚这个参数是否符合需求。
解释2：n型上图表示的是p型mos管，读者可以依据此图理解n型的，都是反过来即可。
因此，不难理解，n型的如图在栅极加正压会导致导通，而p型的相反。
解释3：增强型相对于耗尽型，增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，如图。
栅极电压越低，则p型源、漏极的正离子就越靠近中间，n衬底的负离子就越远离栅极，栅极电压达到一个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离子连在一起，形成通道，就是图示效果。
因此，容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越小。
由于电场的强度与距离平方成正比，因此，电场强到一定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n型负离子的“退让”是越来越难的。
耗尽型的是事先做出一个导通层，用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。
但这种管子一般不生产，在市面基本见不到。
所以，大家平时说mos管，就默认是增强型的。
解释4：左右对称图示左右是对称的，难免会有人问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。
但在实际应用中，厂家一般在源极和漏极之间连接一个二极管，起保护作用，正是这个二极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实用。
我的老师年轻时用过不带二极管的mos管。
非常容易被静电击穿，平时要放在铁质罐子里，它的源极和漏极就是随便接。
解释5：金属氧化物膜图中有指示，这个膜是绝缘的，用来电气隔离，使得栅极只能形成电场，不能通过直流电，因此是用电压控制的。
场效应管的分类
场效应管的分类场效应管（FET）是一种电压控制电流器件。
其特点是输入电阻高，噪声系数低，受温度和辐射影响小。
因而特别使用于高灵敏度、低噪声电路中。
场效应管的种类很多，按结构可分为两大类：结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）.结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种。
绝缘栅场效应管主要指金属--氧化物--半导体场效应管（MOS管）。
MOS管又分为“耗尽型”和“增强型”两种，而每一种又分为N沟道和P 沟道。
结型场效应管是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流的，输入电阻（105～1015）之间；绝缘栅型是利用感应电荷的多少来控制导电沟道的宽窄从而控制电流的大小，其输入阻抗很高(栅极与其它电极互相绝缘)。
它在硅片上的集成度高，因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位。
场效应管的型号命名方法现行场效应管有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D 是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
场效应管所有厂家的中英文对照表在场效应管对照表中，收编了美国、日本及欧洲等近百家半导体厂家生产的结型场效应晶体管（JFET）、金属氧化物半导体场次晶体管（MOSFET）、肖特基势垒控制栅场效应晶体管（SB）、金属半导体场效应晶体管（MES）、高电子迁移率晶体管（HEMT）、静电感应晶体管（SIT）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等属于场效应晶体管系列的单管、对管及组件等，型号达数万种之多。
每种型号的场效应晶体管都示出其主要生产厂家、材料与极性、外型与管脚排列、用途与主要特性参数。
绝缘栅型场效应管
4.3 场效应管 放大电路
一、FET的直流偏置及静态分析 的直流偏置及静态分析
1. 直流偏置电路 （2）解析法 ） 已知V 已知 P ，由
VGS = VG − VS =
VDS = VDD
Rg2
Rg1 + Rg2 - ID (Rd + R )
VDD − I D R
v GS 2 i D = I DSS (1 − ) VP
（3）输入电阻 ）
Ri ≈ Rg3 + ( Rg1 // Rg2 )
4.3 场效应管 放大电路
（4）输出电阻
ɺ ɺ ɺ I T = I R − gmVgs
ɺ VT ɺ − gmVgs = R
ɺ ɺ Vgs = − VT
Ro的电路图 求Ro的电路图
所以
ɺ VT 1 1 Ro = ɺ = = R // 1 IT gm + gm R
2. 静态工作点的确定 (a)自偏压 自偏压 （1）图解法 ） 画出N 画出N沟道场效应管的转移 特性，对于自偏压方式， 特性，对于自偏压方式，栅源回 路直流负载线方程为 vGS = - iDR 在转移特性坐标上画出该负载线 方程如图所示。分别求出JFET的工作 方程如图所示。分别求出 的工作 点为Q 耗尽型MOSFET的工作点 点为 1点，耗尽型 的工作点 而与增强型MOSFET转移特 为Q2点，而与增强型 转移特 性则无交点。 性则无交点。
4.3 场效应管 放大电路
4.3 场效应管放大电路
直流偏置电路 静态工作点
一、FET的直流偏置及静态分析 的直流偏置及静态分析
二、FET放大电路的小信号模型分析法 放大电路的小信号模型分析法
FET小信号模型 小信号模型 动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较
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U GS 2 I D I DSS (1 ) U GS(off)
二、分压式自偏压电路
+VDD Rd C 2 d + Rg3 Rg2 s Rs RL
Rg1 C1 g
UG
+ uo
VDD Rg2
+ ui
+C
s
U GS
Rg1 Rg2 VDD Rg2 I D Rs Rg1 Rg2
预夹断
3. 转移特性和输出特性
iD
0V
–1V –2VU uGS = – 3 V
iD
IDSS uGS
O
GS(off)
uDS
uGS 0，uDS > 0 沟道楔型 耗尽层刚相碰时称预夹断。 此时 uGD = UGS(off)；
当 uDS ，预夹断点下移。
O
–3V
当 UGS(off) uGS 0 时,
绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)
特点： 1. 单极性器件(一种载流子导电)
2. 输入电阻高(107 1015 ，IGFET 可高达 1015 ) 3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低
2.5.1 绝缘栅场效应管
一、N沟道增强型 MOSFET (Mental Oxide Semi— FET) 1. 结构与符号
iD I DS S(1
uGS U GS (off)
)2
各种FET 符号、特性的比较
d iD B g d i D B iD /mA UGS(th)
iD /mA uGS = 8 V 6V 4V 2V
s s – 2 O 2 uGS /V O uDS /V N 沟道增强型 P 沟道增强型 iD /mA iD /mA d i d uGS = 2 V –2 V D iD 0V 0V UGS(off) I DSS –2V 2V B B g g uGS /V –5V 5V s s 5 O uDS /V N 沟道耗尽型 P 沟道耗尽型 – 5 O iD /mA iD /mA d d uGS = 0 V 0 V iD iD UGS(off) IDSS –2V 2V g g uGS /V –5V 5V s s O uDS /V 5 N 沟道结型 P 沟道结型 – 5 O
一、 自偏压电路
1. 工作原理
+VDD
C1
Rd C 2 d + g Rg R s
s
+ ui
+ CS
+ uo
2. 静态工作点的估算 UGS = – IDRs
栅极电阻 Rg 的作用： (1)为栅偏压提供通路 (2)泻放栅极积累电荷 源极电阻 Rs 的作用： 提供负栅偏压 漏极电阻 Rd 的作用： 把 iD 的变化变为 uDS 的变化 uGS = uG – uS = – iDRs UDS = VDD– ID（ Rs+Rd）
1)uGS 对导电沟道的影响 (uDS = 0) a. 当 UGS = 0 ，ds 间为两个背对背的 PN 结； b. 当 0 < UGS < UGS(th)(开启电压)时，GB 间的垂直电 场吸引 P 区中电子形成离子区(耗尽层)； c. 当 uGS UGS(th) 时，衬底中电子被吸引到表面，形 成导电沟道。 uGS 越大沟道越厚。
s
N+
g
d
N+
s — 源极 source 在绝缘层上喷金 用金属铝引出 在硅片表面生一 用扩散的方法 g — 栅极 gate 属铝引出栅极 g 层薄 SiO 源极 s 和漏极 d 制作两个 N区 2 绝缘层 d — 漏极 drain
g
d
B
耗尽层
(掺杂浓度低)
P 型衬底
B
s
2. 工作原理
反型层 (沟道)
gs m gs s
Ri、 Ro 不变
例 已知 gm = 0.7 mS，求电压放大倍数、输入和输出电阻。
+18V 30 k Rd C + 2 2 M Rg1 d C1 g + 10 M Rg3 s 10 k R Rg2 s 47 k 2 k
解： g R A u m L
IDSS
iD /mA
uGS /V
UGS(off) UGS(th)
O
耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。
指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。
JFET：RGS > 107 MOSFET：RGS = 109 1015
4. 低频跨导 gm
iD /mA Q uGS /V
g
–8V –6V –4V –2V
2.5.3 场效应管的主要参数、特点及注意事项
一、场效应管的主要参数
1. 开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型)
指 uDS = 某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的 uGS 值。 2. 饱和漏极电流 IDSS 3. 直流输入电阻 RGS
二、场效应管的主要特点及使用注意事项
特点：
1. FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入 电阻高，常用做高输入阻抗输入级。
2. 多 子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。
3. 噪声比BJT小（尤其是JFET） 。 4. MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。
使用注意事项： 1. MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源 间电压须反偏（NMOS uGS < 0， PMOS uGS > 0 ）。 2. MOS管输入电阻极高，使栅极感应电荷产生高压造 成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时 应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并 将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接 入测试仪后再去掉短路线测试，取下前也应先短路。 3. JFET可在栅源极开路情况下储存 和用万用表检测。
饱和(放大区) uDS，iD 不变 uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变 截止区 uGS UGS(th) 全夹断 iD = 0
4. 输出特性曲线 i D f ( uDS ) U
GS
uGS iD I DO ( 1)2 U GS (th)
uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
二、 N 沟道耗尽型 MOSFET
g
g U 即 I d m gs
Id d + Uds gmUgs s
对于正弦量：
I d gm U gs
+ Ugs
小信号模型
二、用小信号模型分析 FET 共源极放大电路
+VDD Rg1 C1 g Rd C 2 d + Rg3 Rg2
Ii
g
d
Id
RL
+ ui
s
Rs
+C
RL
+ uo
ui
+ RL Cs
30 10 0.7 5.25 30 10
Ri 10M 2 // 0.47M 10 M
Ro Rd 30 k
2) uDS 对 iD的影响(uGS > UGS(th))
MOS工作原理
ds 间的电位差使 沟 道 呈 楔 形 ， uDS ， 靠近漏极端的沟道厚 度变薄。 预夹断(UGD = UGS(th))：漏极附近反型层消失。 预夹断发生之前： uDS iD。
预夹断发生之后：uDS iD 不变。
3. 转移特性曲线 i D f ( uGS ) U
饱和漏 极电流
当 uGS UGS(off) 时，
uGS 2 i D I DSS (1 ) U GS(of f )
三、P 沟道 MOSFET简介 增强型 耗尽型
d g B s g
d B s
2.5.2 结型场效应管 1. 结构与符号
N 沟道 JFET
P 沟道 JFET
JFET工diD duGS
uDS 常数
反映了uGS 对 iD 的控制能力， 单位 S(西门子)。常用毫西 (mS，mA/V)。 5. 最大漏极电流 IDM 为管子工作时允许的最大漏极电流。 6. 最大漏极功耗 PDM PDM = uDS iD，受管子最高工作温度限制。 7. 漏源击穿电压 U（BR）DS ：漏源间能承受的最大电压。 8. 栅源击穿电压 U（BR）GS ：栅源间能承受的最大电压。
2.5 场效应管及其基本放大电路
2.5.1 绝缘栅场效应管 2.5.2 结型场效应管
2.5.3 场效应管的参数、特点及使用注意 2.5.4 其它类型场效应管
2.5.5 FET的偏置电路及静态分析
2.5.6 FET放大电路的小信号模型分析法
引 言
场效应管 FET (Field Effect Transistor) 类型： 结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)
； US I D Rs
调整电阻的大小，可获得： UGS > 0 UGS = 0 UGS < 0
2.5.6 FET放大电路的小信号模型分析法
一、FET 的简化小信号模型
从输入回路看，iG 0，故认为 g 、s 极间开路； 从输出回路看，漏极电流受栅、源电压控制，有：
gm
diD duGS
uDS 常数
MOS管栅极过压保护电路
2.5.4 其它类型场效应管*
一、砷化镓金属 – 半导体场效应管 MESFET (Mental Semiconductor FET)
d
材料: GaAs
符号:
g s
特点: 1. 为耗尽型器件，一般只制成N沟道，特性与JFET相似。 2. 开关时间特别短，导通电压很小。 用途: 微波电路，高频放大电路，和高速数字逻辑电路。