场效应晶体管
场效应晶体管
aN沟道增强型MOS管 （1OS管的结构示意图及符号
把一块掺杂浓度较低 的P型半导体作为衬底， 然后在其表面上覆盖一层 SiO2的绝缘层，再在SiO2 层上刻出两个窗口，通过 扩散工艺形成两个高掺杂 的N型区(用N+表示)，并 在N+区和SiO2的表面各自 喷上一层金属铝，分别引 出源极、漏极和控制栅极。 衬底上也引出一根引线， 通常情况下将它和源极在 内部相连。
（2）工作原理 当UDS>0时，将产生较大的漏极电流ID。如果使UGS<0，则它将 削弱正离子所形成的电场，使N沟道变窄，从而使ID减小。当UGS 更负，达到某一数值时沟道消失，ID=0。使ID=0的UGS我们也称为 夹断电压，仍用UGS(off)表示。UGS<UGS(off)沟道消失，称为耗尽型。 4 场效应晶体管的主要参数 a直流参数 （1）开启电压UGS(th) 开启电压是增强型绝缘栅场效应晶体管的参数，栅源电压小 于开启电压的绝对值，场效应晶体管不能导通。 （2）夹断电压UGS(off) 夹断电压是耗尽型场效应晶体管的参数，当UGS=UGS(off) 时， 漏极电流为零。
（3）饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应晶体管，当UGS =0时所对应的漏极电流。 （4）直流输入电阻RGS(DC) 场效应晶体管的栅—源电压与栅极电流之比。对于结型场效 应晶体管，反偏时RGS(DC) 略大于107Ω ，对于绝缘栅型场型效应 晶体管，RGS(DC) 约为109～1015Ω 。 b交流参数 （1）低频跨导gm 低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。
bN沟道耗尽型MOS管 （1） 结构 耗尽型MOS管，是在制 造过程中，预先在SiO2绝缘 层中掺入大量的正离子， 因此，在UGS=0时，这些正 离子产生的电场也能在P型 衬底中“感应”出足够的 电子，形成N型导电沟道， 如图所示。 衬底通常在内部与源 极相连。
场效应晶体管
主要内容1. 场效应管的结构、符号与工作原理2. 场效应管的工作状态和特性曲线3. 场效应管的基本特性4. 场效应管的电路模型5-4场效应晶体管场效应晶体管概述场效应管，简称FET(Field Effect Transistor)，主要特点：(a)输入电阻高，可达107~1015 。
(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极型晶体管。
(c)体积小、重量轻、耗电省。
(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。
(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。
场效应管按结构可分为：结型场效应管（JFET ）和绝缘栅型场效应管(MOSFET )；按工作原理可分为增强型和耗尽型。
场效应管的类型N 沟道P 沟道增强型耗尽型N 沟道P 沟道N 沟道P 沟道（耗尽型）FET场效应管JFET 结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管的电路符号MOSFET 符号增强型耗尽型GS D SG D P 沟道G S DN 沟道GS D U GS =0时，没有漏极电流，U GS =0时，有漏极电流，U GS 高电平导通U GS 低电平导通需要加负的夹断电压U GS(off)才能关闭，高于夹断电压U GS(off)则导通而只在U GS >0时，能导通，低于开启电压U GS(th)截止5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理1.场效应管基本结构图5-2-22沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系：栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。
=0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。
22例5-10在Multisim 中用IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图5-4-3所示，改变V GS ，观察电压V DS 与i D 之间的关系。
场效应晶体管
场效应晶体管中英文介绍（field-effect transistor，缩写：FET）场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。
它依靠电场去控制导电沟道形状，因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。
场效应晶体管有时被称为单极性晶体管，以它的单载流子型作用对比双极性晶体管（bipolar junction transistors，缩写：BJT）。
尽管由于半导体材料的限制，以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管容易制造，场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出，但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。
历史场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明，但是实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效应管，Junction-FET，JFET）。
1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），从而大部分代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义。
基本信息场效应管是多数电荷载体的设备。
该装置由一个活跃的信道，通过该多数载流子，电子或空穴，从源到流向漏极。
源极和漏极端子导体被连接到半导体通过欧姆接触。
的通道的导电性的栅极和源极端子之间施加的电位是一个函数。
FET的三个端子是：源极（S），通过其中的多数载流子输入通道。
进入该通道，在S点的常规的电流被指定由IS。
漏极（D），通过其中的多数载流子离开的通道。
常规电流在D通道进入指定的ID。
漏源电压VDS。
栅极（G），调制的通道的导电性的端子。
通过施加电压至G，一个可以控制的ID。
场效应晶体管的类型在耗尽模式的FET下，漏和源可能被掺杂成不同类型至沟道。
或者在提高模式下的FET，它们可能被掺杂成相似类型。
场效应晶体管根据绝缘沟道和栅的不同方法而区分。
场效应管和晶体管的区别
场效应管和晶体管的区别2009年03月26日星期四 16:041. 场效应管主要有结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）。
绝缘栅型场效应管的衬底（B）与源极（S）连在一起，它的三个极分别为栅极（G）、漏极（D）和源极（S）。
晶体管分NPN和PNP管，它的三个极分别为基极（b）、集电极（c）、发射极（e）。
场效应管的G、D、S极与晶体管的b、c、e极有相似的功能。
绝缘栅型效应管和结型场效应管的区别在于它们的导电机构和电流控制原理根本不同，结型管是利用耗尽区的宽度变化来改变导电沟道的宽窄以便控制漏极电流，绝缘栅型场效应管则是用半导体表面的电场效应、电感应电荷的多少去改变导电沟道来控制电流。
它们性质的差异使结型场效应管往往运用在功放输入级（前级），绝缘栅型场效应管则用在功放末级（输出级）。
2. 双极型晶体管内部电流由两种载流子形成，它是利用电流来控制。
场效应管是电压控制器件，栅极（G）基本上不取电流，而晶体管的基极总要取一定的电流，所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管。
而在允许取一定量电流时，选用晶体管进行放大，可以得到比场效应管高的电压放大倍数。
3. 场效应管是利用多子导电（多子：电子为多数载流子，简称多子），而晶体管是既利用多子，又利用少子（空穴为少数载流子，简称少子），由于少子的浓度易受温度，辐射等外界条件的影响，因此在环境变化比较剧烈的条件下，采用场效应管比较合适。
4. 功率放大电路是一种弱电系统，具有很高的灵敏度，很容易接受外界和内部一些无规则信号的影响，也就是在放大器的输入端短路时，输出端仍有一些无规则的电压或电流变化输出，利用示波器或扬声器就可觉察到。
这就是功率放大器的噪声或干扰电压。
噪声所产生的影响常用噪声系数Nf 表示，单位为分贝（dB），Nf越小越好，Nf=输入信号噪声比/输出信号噪声比，晶体管的噪声来源有三种：⑴热噪声：由于载流子不规则的热运动，通过半导体管内的体电阻时而产生；⑵散粒噪声：通常所说的三极管中的电流只是一个平均值，实际上通过发射结注入基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一无规则的流动，产生散粒噪声；⑶颤动噪声：晶体管产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合所引起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关。
场效应晶体管
场效应管的测量（5）
（5）用测反向电阻值的变化判断跨导的大小 对ＶＭＯＳ Ｎ沟道增强型场效应管测量跨导性能时，可用红表笔接源极Ｓ、黑表笔接漏极Ｄ，这就相 当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的，管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表 的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档，此时表内电压较高。当用手接触栅极Ｇ时，会发现管的反向电阻值 有明显地变化，其变化越大，说明管的跨导值越高；如果被测管的跨导很小，用此法测时，反向阻值变 化不大。 二、.场效应管的使用注意事项 （1）为了安全使用场效应管，在线路的设计中不能超过管的耗散功率，最大漏源电压、最大栅源电压 和最大电流等参数的极限值。 （2）各类型场效应管在使用时，都要严格按要求的偏置接人电路中，要遵守场效应管偏置的极性。如 结型场效应管栅源漏之间是ＰＮ结，Ｎ沟道管栅极不能加正偏压；Ｐ沟道管栅极不能加负偏压，等等。 （3）MOS场效应管由于输人阻抗极高，所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路，要用金属屏蔽包装， 以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意，不能将MOS场效应管放人塑料盒子内，保存时最好放 在金属盒内，同时也要注意管的防潮。 （4）为了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好 的接地；管脚在焊接时，先焊源极；在连入电路之前，管的全部引线端保持互相短接状态，焊接完后才 把短接材料去掉；从元器件架上取下管时，应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等；当然，如果 能采用先
具体方法：用万用表电阻的R×100档，红表笔接源极Ｓ，黑表笔接漏极Ｄ，给场效应管加 上1.5Ｖ的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的 栅极Ｇ，将人体的感应电压信
场效应管的测量（3）
号加到栅极上。这样，由于管的放大作用，漏源电压VDS和漏极电流Iｂ都要发 生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆 动。如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明 管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。 根据上述方法，我们用万用表的R×100档，测结型场效应管3DJ2F。先将管的 Ｇ极开路，测得漏源电阻RDS为600Ω，用手捏住Ｇ极后，表针向左摆动，指示 的电阻RDS为12kΩ，表针摆动的幅度较大，说明该管是好的，并有较大的放大 能力。 运用这种方法时要说明几点：首先，在测试场效应管用手捏住栅极时，万用表针 可能向右摆动（电阻值减小），也可能向左摆动（电阻值增加）。这是由于人体 感应的交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同（或 者工作在饱和区或者在不饱和区）所致，试验表明，多数管的RDS增大，即表 针向左摆动；少数管的RDS减小，使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何， 只要表针摆动幅度较大，就说明管有较大的放大能力。第二，此方法对MOS场 效应管也适用。但要注意，MOS场效应管的输人电阻高，栅极Ｇ允许的感应电 压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金
场效应晶体管及晶闸管
输入阻抗高，噪声低，适用于高保真音频放大和高速数字逻 辑电路。
工作特性比较
• 开关速度较快，但不适用于大电流开关应 用。
工作特性比较
01
晶闸管
02
电流控制型器件，通过控制阳极电流来控制 阴极电流。
03
开关速度较快，适用于大电流开关应用，如 电机控制和电源开关。
04
输入阻抗较低，噪声较大，适用于简单控制 电路。
沿和下降沿的陡峭程度也会影响电路的性能。
晶闸管的制备与工艺
07
材料选择
硅材料
硅材料是最常用的半导体材料，具有稳定的物理和化学性质，适 合大规模生产。
掺杂剂
为了改变半导体的导电性能，需要掺入其他元素作为掺杂剂，如 磷、硼等。
绝缘材料
晶闸管中的绝缘材料通常采用二氧化硅，它具有高绝缘性和稳定 性。
制造工艺流程
应用领域比较
场效应晶体管
01
适用于高速数字逻辑电路和微处理器中的 逻辑门电路。
03
02
广泛应用于高保真音频放大器、无线通信、 计算机、消费电子等领域。
04
晶闸管
主要应用于大功率电机控制、不间断电源 、电力系统、工业自动化等领域。
05
06
在需要大电流开关的应用中具有优势，如 电焊机和电动机驱动。
发展前景比较
结构
由源极、栅极和漏极三个电极组成， 通过调整栅极电压来控制源极和漏极 之间的电流。
分类与应用
分类
根据结构和工作原理的不同，场效应晶体管可分为N沟道和P 沟道两种类型。
应用
在数字电路、模拟电路、通信电路等领域广泛应用，作为放 大器、开关管、稳压电源等电子器件。
场效应晶体管的特性Fra bibliotek03电学特性
第八章 MOS场效应晶体管
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD 2FB
e) 氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条 件下，当 TOX = 150 nm 时：
QOX 1.8 ~ 3.0 V COX
以VGS 作为参变量，可以得到不同VGS下的VDS ～ID 曲线族， 这就是 MOSFET 的输出特性曲线。
非
饱
饱
和
和
区
区
将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区， 虚线右侧为饱和区。
5、MOSFET的类型 P 沟 MOSFET 的特性与N 沟 MOSFET 相对称，即： (1) 衬底为 N 型，源漏区为 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的极性以及 ID 的方向均与 N 沟相反。 (3) 沟道中的可动载流子为空穴。 (4) VT < 0 时称为增强型（常关型），VT > 0 时称为耗尽型
MS
QOX COX
K
2FP VS VB
1
2 2FP VS
注意上式中，通常 VS > 0，VB < 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时：
VT
MS
QOX COX
K
2 FP
1 2
2FP
这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。
同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为：
电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化
层电容，COX
OX
TOX
，TOX 为氧化层厚度。
(3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图
场效应晶体管的两种类型
场效应晶体管的两种类型场效应晶体管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种重要的电子器件，广泛应用于各种电子设备中。
根据不同的工作原理，场效应晶体管可以分为两种类型：MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）和JFET（结型场效应晶体管）。
MOSFET是一种以金属-氧化物-半导体结构为基础的场效应晶体管。
它由一块N型或P型的半导体材料（称为通道），以及覆盖在通道上的金属栅极和绝缘层（通常是氧化硅）组成。
MOSFET的工作原理是通过改变栅极电压来控制通道中的电荷密度，从而调节电流的流动。
根据栅极和通道的电压关系，MOSFET又可以分为增强型MOSFET（Enhancement Mode MOSFET）和耗尽型MOSFET （Depletion Mode MOSFET）两种类型。
增强型MOSFET的通道中没有自由电子或空穴，只有当栅极施加正电压时，才能形成导电通道，电流才能流动。
因此，增强型MOSFET需要外加电压才能工作。
耗尽型MOSFET的通道中有自由电子或空穴，当栅极施加负电压时，通道中的电荷会被排斥，导致通道中的电流减小或完全截断。
因此，耗尽型MOSFET不需要外加电压即可工作。
与MOSFET不同，JFET采用PN结型结构，由P型和N型半导体材料组成。
JFET的工作原理是通过改变栅极与通道之间的电压来控制电流的流动。
根据掺杂浓度和材料类型的不同，JFET可以分为N 沟道JFET（N-Channel JFET）和P沟道JFET（P-Channel JFET）两种类型。
N沟道JFET的通道是由N型半导体构成，当栅极施加负电压时，通道中的电流减小或截断，当栅极施加正电压时，通道中的电流增加。
P沟道JFET的通道是由P型半导体构成，其工作原理与N沟道JFET相反。
MOSFET和JFET在工作原理和结构上有所不同，因此在实际应用中有一些差异。
MOSFET具有更高的输入电阻和较低的噪声系数，适用于高频应用和大规模集成电路。
场效应晶体管
概述场效应晶体管：英文名称为Field Effect Transistor，缩写为FET，简称场效应管。
各类场效应管根据其沟道所采用的半导体材料，可分为N型沟道和P型沟道两种。
所谓沟道，就是电流通道。
半导体的场效应，是在半导体表面的垂直方向上加一电场时，电子和空穴在表面电场作用下发生运动，半导体表面载流子的重新分布，因而半导体表面的导电能力受到电场的作用而改变，即改变为加电压的大小和方向，可以控制半导体表面层中多数载流子的浓度和类型，或控制PN结空间电荷区的宽度，这种现象称半导体的场效应。
场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点：（1）输入阻抗高；（2）输入功耗小；（3）温度稳定性好；（4）信号放大稳定性好，信号失真小；（5）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声，所以噪声低。
根据构造和工艺的不同，场效应管分为结型和绝缘型两大类。
结型场效应管图十一(a)是结型场效应管的结构示意图。
图十一(b)是N型导电沟道结型场效应管的电路符号。
在两个高掺杂的P区中间，夹着一层低掺杂的N区（N区一般做得很薄），形成了两个PN结。
在N区的两端各做一个欧姆接触电极，在两个P区上也做上欧姆电极，并把这两个P区连起来，就构成了一个场效应管。
从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D，从两个P区引出的电极叫栅极G，很薄的N 区称为导电沟道。
绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种，我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管，在正常情况下断开的称增强型效应管。
增强型场效应管特点：当Vgs = 0时Id(漏极电流) = 0，只有当Vgs增加到某一个值时才开始导通，有漏极电流产生。
并称开始出现漏极电流时的栅源电压Vgs为开启电压。
耗尽型场效应管的特点，它可以在正或负的栅源电压(正或负偏压)下工作，而且栅极上基本无栅流(非常高的输入电阻)。
场效应晶体管
场效应晶体管一、场效应晶体管概述场效应晶体管(FET)简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、温度系数低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
场效应管工作时只有一种极性的载流子参与导电，所以场效应管又称为单极型晶体管。
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（IGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
二、场效应晶体管与半导体晶体管的异同1、外形相同场效应晶体管与半导体晶体管（双极晶体管）的封装外形基本相同，也有B型、F型、G型、TO-3型金属封装外形和S-1型、S-2型、S-4型、TO-92型、CPT型、TO-126型、TO-126FP 型、TO-202型、TO-220型、TO-247型、TO-3P型等塑料封装外形。
2、结构及工作原理不同场效应晶体管属于电压型控制器件，它是依靠控制电场效应来改变导电沟道多数载流子（空穴或电子）的漂移运动而工作的，即用微小的输入变化电压V G来控制较大的沟道输出电流I D，其放大特性（跨导）G M=I D/V G；半导体晶体管属于电流通渠道型控制器件，它是依靠注入到基极区的非平衡少数载流子（电子与空穴）的扩散运动而工作的，即用微小的输入变化电流I b控制较大的输出变化电流I c，其放大倍数β=I c/I b。
场效应晶体管
场效应晶体管
(Field Effect Transistor,FET)
场效应晶体管（Field Effect Transistor,FET）是一种电子器件，它采用外加电场控制导通，具有较大的电阻比和低电流消耗特性。
它也可称作“无源三极管”或“开关晶体管”，是目前最常用的晶体管之一。
它由两个极区和一个通道区构成，其构造与普通的三极管不同，是一种半导体器件。
FET由一个n极（发射极）、一个p极（收集极）和一个沟道（通道）构成，它的工作原理是通过外加的电场作用在沟道上，来控制沟道的导通状态，从而对输出电流产生控制作用，因此，FET又被称为“无源三极管”或“开关晶体管”。
FET有大电阻比、低电流消耗等特点，可用作放大器、滤波器、阻断器等，广泛应用于电子电路中。
场效应晶体管解析
CMOS闩锁效应
源漏区相对于衬底正偏时，会向邻近区域的反偏PN 接注入少子，相邻的NMOS和PMOS相互交换少子发生 闩锁效应。
CMOS器件的寄生双极晶体管被触发导通，在电源 和地之间存在一个低阻通路，产生大短路电流，导致 无法正常工作，甚至烧毁。
通过对沟道的注入可以改变MOS 晶体管的阈值电 压。P 型注入使阈值电压正向移动，N型注入使阈值电 压负向移动。
单独使用硼注入就可以调整两种类型晶体管的阈值 电压。简称为阈值调整。进行了注入的称为调整晶体管 ，而没有进行注入的晶体管称为自然晶体管。
许多工艺都提供自然晶体管作为一个工艺选项，该 选项需要一层单独的掩膜。
晶体管尺寸的缩小实际上改善了它的性能。减小 尺寸使得寄生电容变小，而开关速度变快。延迟减小
小尺寸晶体管不仅开关速度变快，而且翻转时的 功耗降低。
晶体管按比例缩小
5. 按比例缩小理论常用于转换现有的数字版图使之可 采用更新的工艺实现。设计者只需简单的运行一个 可把所有数据按特定比例缩小的程序，而不用辛苦 地重新设计版图。这种类型的按比例缩小称为光学 收缩（optical shrink），因为它与使用光学方法使用 现有掩膜缩小的结果相同。
芯片闩锁 测试 每个管脚上施加正向或者负向的测试电流脉冲，芯片
上电，电流脉冲从小到±100mA，最大到250mA，电流 施加之前和之后测量电源电流，如果不近似相等，则 不能通过测试
CMOS闩锁效应
当N阱或者衬底上的电流足够大，使得R1或R2上的压 降超过0.7V，就会使Q1或者Q2开启。
例如Q1开启，它会提供足够大的电流给R2，使得R2 的压降达到0.7V，R2也会开启，反馈电流给Q1，
《场效应晶体管》课件
在制造过程中，压力也是一个重要的参数，它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度，从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数，不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成，时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中，气体流量是关键的参数之一， 它能够影响材料的生长速度和均匀性，从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三：场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果，理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四：场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸，提高集成度和能效比，同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术，如纳米线、纳米孔等新型器件结构，以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展，包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展，对场效应晶体管的性能要求也越来 越高，需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一：场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二：场效应晶体管放大电路的搭建与 测试
电力场效应晶体管(MOSFET)
跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。
电力电子器件概述
7 极间 电容
MOSFET的三个电极之间分别存 在极间电容CGS、CGD和CDS。
一般生产厂家提供的是漏源极短路的输入电容Ciss、 共源极输出电容Ccss和反向转移电容Crss。它们之 间的关系是：
Ciss=CGS+CGD Crss=CGD Ccss=CDS+CGD
场效应管能承受的最高工 作电压，是标称MOSFET 额定电压的参数。
通常选UDS为实际工作电压的2~3倍。
2 漏极直流 电流ID和 漏极脉冲 电流幅值 IDM
3
通态 电阻 Ron
电力电子器件概述
在规定的测试条件下，最大 漏极直流电流、漏极脉冲电 流的幅值，是标称MOSFET额 定电流的参数。
在一定栅源电压下，MOSFET 从可变电阻区进入饱和区时的 直流电阻值。
一次开通、关断损耗分别为Pon、Poff，则有
开关损耗： PS=(Pon+Poff)ƒ
通态损耗： PC=RonID²
断态损耗： PL=0
应用高频开关
MOSFET内部发热功率 : PD≈PS+P注C 意开关损耗
使用时应限制器件的功耗，使PD>PDmax，并提供
良好的散热条件使器件温升不超过额定温升。
电力电子器件概述
过式 Ps=1/2UdI0fs(tc(on)+tc(off)) 可知，此时可以具有很 高的开关速度。
❊300~400V等级的MOSFET仅仅当开关频率超出
30~100kHZ时才与双极晶体管差不多。
❊低电压时多选择MOSFET。
电力电子器件概述
❊当额定电压超过1000V，但额定电流比较小时，
场效应晶体管
层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以漏极电流
ID仍为零。
场
效
MOS
（2）漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
第 10 页
（a）UDS≈0
（b）UGD＞UGS(th)
（c）UGD＝UGS(th)
在UDS为0或较小时，沟道电阻一定，ID随UDS的增大而线性增大。 当UDS较大，且UGD＞UGS（th）时，靠近漏端的耗尽层变宽，沟道变窄， 出现楔形，沟道电阻增大，ID增大缓慢。
（a）
（b）
第5页
（c）
第6页
场
效
应
晶 体 管
场 效 应
管
的
结
构
1.1
2 N沟道耗尽型MOS管的结构
N沟道耗尽型MOS管的结构如下图（a）所示。它也是在P型硅衬底上形 成一层SiO2薄膜绝缘层，与增强型所不同的是，它在SiO2绝缘层中掺有大量 的正离子，不需要外电场作用，这些正离子所产生的电场也能在P型硅衬底 与绝缘层的交界面上感应出大量或足够多的电子，形成N型导电沟道。N沟 道耗尽型MOS管的电路符号如下图（b）所示，P沟道耗尽型MOS管的电路 符号如下图（c）所示。
（2）漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
当UGS＞UGS（th），且为某一固定值时，在漏极和源极之间加上正电压
UDS，会有ID形成。如下图所示为不同的漏源电压UDS对沟道的影响。根据此
图可得如下关系
UDS＝UDG＋UGS＝－UGD＋UGS
晶体管和场效应管工作原理详解
晶体管和场效应管工作原理详解一、晶体管工作原理晶体管是一种由半导体材料制成的三极管，包含有一个发射极（Emitter）、一个基极（Base）和一个集电极（Collector）。
晶体管中的基极由一种特殊掺杂的半导体材料制成，称为P型材料；发射极和集电极由另一种特殊掺杂的半导体材料制成，称为N型材料。
当晶体管的基极接收到一个输入信号时，由于基极和发射极之间是pn结，当基极发生正向偏置时，使得pn结带来较宽的导电区域，基极电流会流过这个导电区域。
这个基极电流进一步影响了集电极电流的流动，通过集电极电流的变化，就可以实现对信号的放大。
晶体管工作的关键在于基极电流和集电极电流之间的放大效应。
晶体管的放大效应由pn结引入，当基极电流变化时，pn结的导电区域也会变化，从而影响到集电极电流。
这种影响是通过指数函数的方式来进行放大的，使得晶体管能够根据输入信号的微小变化，控制较大的输出信号。
因此，晶体管是一种具有放大功能的电子器件。
二、场效应管工作原理场效应管是一种基于场效应原理的电子器件，它由一个掺杂有杂质的半导体材料制成。
它由源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）三个部分组成，其中栅极周围包覆着一个绝缘薄膜，以阻止栅极与其他部分直接接触。
场效应管的工作原理是通过改变栅极电场的强弱来控制源漏电源之间的电流流动。
当栅极电压为零时，场效应管处于截止状态，源漏间几乎没有电流流动。
当栅极电压大于零时，栅极电场会使得源漏之间产生一个导电通道，从而允许电流流动。
栅极电场的强弱由栅极电压控制，当栅极电压变化时，电场的强度也随之变化。
场效应管的导通与否取决于电场是否足够强以形成导电通道。
如果电场足够强，导电通道就会形成，电流会从漏极流向源极；如果电场不够强，导电通道就会断开，电流无法从漏极流向源极。
场效应管工作原理的优势在于，控制电流流动的是电场，而不是电流本身。
因此，场效应管的控制信号能够产生较小的功率损耗，从而提高了电子设备的效率。
06 场效应晶体管讲解
6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 6.2.3、 MOSFET的基本工作原理
6.2 MOSFET的基本结构及工作原理
6.2.3、 MOSFET的基本工作原理
基于“表面场效应”原理。 在垂直于半导体表面的电场作用下，半导体表面层中的
载流子浓度发生变化，导致表面层导电能力的改变。
以增强型MOS为例：
G
S
D
M
D：漏极
O
n+
n+
载流子：S→D
L
S
P
B 衬底电极
栅源电压：VGS
阈值电压VT：S表面达到强反型时的VGS
漏源偏置电压：VDS
6.2 MOSFET的基本结构及工作原理 (2)主要的结构参数：L, W, tox, NA，ND
铝栅： 硅栅：
(3) 平面图形
G
S
D
D S
G
6.2.2、MOSFET的基本类型
CMOS
1 1 1
CoxCS Cox CS
Cox CS
1. VG＜0时，半导体表面为积累层，MOS电容等于氧化层电容Cox； 2. VG ＞0时，耗尽层出现，Cs使CMOS随VG升高而变小； 3. VG升高至反型层出现，耗尽层厚度最大，MOS电容达到最小值； 4. 高频时，反型电荷跟不上交流信号的变化，此时耗尽层电荷会略
VT VOX VS VFB
VOX ：栅电压VG 降落在 SiO2 绝缘层上的部分 VS ： 栅电压VG 降落在半导体表面的部分 VFB ：平带电压
S
P-Si 衬底
D G
Eds Ids
6.3 MOSFET的阈值电压
6.3.2 平带电压 实际MOS结构：
场效应晶体管作用和特点
场效应晶体管作用和特点
场效应晶体管（英语：field-effecttransistor，缩写：FET）是一种通过电场效应掌握电流的电子元件。
它依靠电场去掌握导电沟道外形，因此能掌握半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。
场效应晶体管有时被称为单极性晶体管，以它的单载流子型作用对比双极性晶体管（bipolar junction transistors，缩写：BJT）。
尽管由于半导体材料的限制，以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管简单制造，场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出，但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。
（1）主要作用
1）场效应管可应用于放大。
由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
2）场效应管很高的输入阻抗特别适合作阻抗变换。
常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3）场效应管可以用作可变电阻。
4）场效应管可以便利地用作恒流源。
5）场效应管可以用作电子开关。
（2）特点
1）场效应管是电压掌握器件，它通过VGS来掌握ID；
2）场效应管的输入端电流微小，因此它的输入电阻很大。
3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；
4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；
5）场效应管的抗辐射力量强；
6）由于不存在杂乱运动的少子集中引起的散粒噪声，所以噪声低。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 截止区： • 当 vGS〈Vp 时，沟 道 被 夹 断 ， iD=0 ， JFET处于截止截 止状态。截止区 位于曲线靠近横 轴的部分。 • 击穿区： • 当 vDS增至该区后， 使管子产生雪崩 击穿，而不能正 常工作，严重时 甚至使管子很快 烧坏。
iD 趋 于 饱 和 + d
v G S= 0 I dss
预夹断点
P P
+
+
A
vDS
+ VDD
N
s
-
O
V P
V (B R )D S
v D S /V
注意: N沟道JFET的VP为负值
当vGS 0，在A点处VP与vGS、vDS的关系为vGD= vGS-vDS =Vp。
在预夹断后，如果vDS还继续增加，iD略有上升，表现 为图中特性曲线的平坦段略有上翘。原因有二：尽管 vDS增加，夹断区长度确只是略有增加、沟道仅略为变 短；漏极与A点之间形成一很强的电场，该电场仍能将 电子拉过夹断区，形成漏极电流iD。
iD 迅 速 增 大 + d
v G S= 0 I dss
P+ P+ g vDS + V DD
N
s
-
O
V P
V (B R )D S
v D S /V
当vDS继续增加，栅极与沟道的电位差进一步增大，两耗尽层进一步 加宽，并逐步靠近。当vDS上升致使两耗尽层在A点相遇时，称为预 夹断，如图1.5.2c。此时A点耗尽层两边的电位差用夹断电压VP表示。 由于vGS =0，故vGD =- vDS = VP。
• (1) vGS=0 • 如vGS=0， 且漏极d与 源极s间无 电压，即 vDS=0时， 漏极d与源 极s之间无 电流。
iD = 0 + d
+
P P g
+
vDS
+ VDD=0
N
s
-
• 当 vDS 逐渐增加，耗尽层将主要向沟道 (N 区 ) 扩展，在越靠近 d 极处，栅极与沟道的电位差越大、两耗尽层越靠近，使得靠近 d 端的导电沟道比 s 端窄。 vDS 进一步增加，使得沟道变得更窄， 这将阻碍iD的增加，但在vDS较小 (如vDS200mV) 时，导电沟道 变化不大，iD与vDS是线性关系，如图曲线的起始段。
4.1.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构及符号
• • • • • 栅极ｇ， 源极s 漏极d。 g N沟道JFET。 栅极 符号中箭头的方向表 示由 P 型栅极指向 N 型 沟道。
耗尽层
+
d 漏极
P
P N 沟道
+
d g
s 源极
g d
s
s P 沟 JFE T
2. 工作原理 分vGS=0及vGS <0两种情况讨论vDS对iD的控制作用
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
4. 1.2 FET的特性曲线
1.输出特性(可变电阻区、饱和区、截止区、击穿区）
• 可变电阻区：
• 又称线性电阻区， 它位于输出特性的 起始部分，该区表 示vDS较小(预夹断之 前 ) 时， vDS 与 iD 的关 系为线性关系。即 在这个区内，如 vGS 一 定 ， vDS 与 iD 的 比 值（称漏源电阻， 又称为体电阻）为 常数。在这一区间 内，漏源电阻是受 vGS 控制的，故称为 可变电阻区。
• CMOSFET是Metal-OxideSemiconductor type Field Effect Transistor 的缩写
分类：
JFET 结型
N沟道
P沟道
（耗尽型）
FET 场效应管
N沟道
增强型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 P沟道
耗尽型
N沟道
P沟道
4.1 结型场效应管
• 主要讨论JFET的结 构特点及JFET的工 作原理、分析vGS、 vDS对iD的影响。 • 关键字：夹断电压、 转移特性、跨导。 • 重点：分析vGS、 vDS对iD的影响。
场效应晶体管
• 场效应晶体管（FET）是一种电压控制的单极 性半导体器件，它利用电场效应改变内部导电 沟道，实现控制输出电流的目的。它具有体积 小、重量轻、功耗小、寿命长、输入阻抗高、 噪声低和制造工艺简单等优点，因而在电子电 路中得到了广泛地应用，特别是在大规模集成 电路和超大规模集成电路中得到广泛应用。 – FET是Field Effect Transistor 的缩写 • JFET是Junction type Field Effect Transistor 的缩写
iD 饱 和 + d
+
i D
vDS
+ VDD
-0 .5 -1 -1 .5 O v D S /V
N
s
-
综上分析可知
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 • N沟道JFET工作在线性区的电源极性为vDS〉0， vGS〈 0； P沟道JFET工作在线性区的电源极性与 N沟道JFET相反。
iD 饱 和 + d
+
v G S= 0 I dss
预夹断点
P P g A N
+
vDS + VDD
O
s -
V P
V (B R )D S
v D S /V
（2）vGS <0
当栅源电压vGS变负，两PN结反向电压增加，耗尽层增宽、沟道 变窄，漏源电阻增大。在相同漏源电压vDS的作用下，vGS越负， iD越小，体现了vGS对iD的控制作用。当vGS VP(N沟道VP为负值) 时，耗尽区变宽到占据全部Ｎ沟道，整个沟道将全部夹断(简称 夹断)
iD /m A
可变 电阻区
击穿区 v G S= 0 -0.5
饱和区
-1 -1.5
O 预夹断轨迹 v G D = v G S- v D S= VP
v D S/V
1.输出特性(可变电阻区、饱和区、截止区、击 穿区）
• 饱和区(放大区)： • 其特点是当 vGS 一定时，尽 i D /m A 可 变 管 vDS 增加， 而 iD 几乎不增 电阻区 加 ，即电 流是饱和 的 ，故 称饱和区（这与BJT饱和区 是不 同 的 ） 。由于 在该区 饱 和 区 内 vDS 改变， iD 不变 ( 维持恒 定 ) ，故又 称恒流区 。在该 区内 iD 是受 vGS 控制的，改 变vGS就可改变iD，且iD是随 O vGS线性变化。JFET作为线 预夹断轨迹 性放大器 时 ，多工 作在该 v G D = v G S- v D S= VP 区，故又称为 线性放大区 。