第四节 场效应管讲解

(1) 改变 UGS ，改变了 PN 结中电场，控制了 ID ，故称场效应管； (2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使 PN 反偏，栅极 基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。
第一章 半导体器件
综上分析可知：
(a) JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参 与导电，所以场效应管也称为单极型三极 管；
第一章 半导体器件
1.4 场效应三极管
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制 电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
结型场效应管 场效应管分类
绝缘栅场效应管
特点
单极型器件(一种载流子导电)；
输入电阻高； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 成本低。
第一章 半导体器件
1.4.1 结型场效应管
图 1.4.6(b) 漏极特性
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿 区。
第一章 半导体器件 场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏
极特性用作图的方法得到相应的转移特性。
ID/mA UDS = 15 V
ID/mA UDS = 常数 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
UGS = 0 0.4 V
D
P
N+ 型 N+
G
沟
道
P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺 杂的 N 型区(N+)，导电沟 道为 P 型，多数载流子为 空穴。
D
G
S 图 1.4.2 P 沟道结型场效应管结构图
S 符号
第一章 半导体器件
二、工作原理
N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电
流 ID 的。
耗尽层
V UG
S
V UDS

S
ID f (UGS) UDS 常 数
UGS = 0 ，ID 最大； ID
VDD
UGS UGS
愈负，ID 愈小； = UP，ID 0。
IDSS
图 1.4.5 特性曲线测试电路
UP
O UGS
图 1.4.6 转移特性
两个重要参数
夹断电压 UP (ID = 0 时的 UGS) 饱和漏极电流 IDSS(UGS = 0 时的 ID)
0.8 V 1.2 V 1.6 V
1.5 1 0.5 0 UGS /V 0 5 10 15 20 25 UDS /V
图 1.4.7 在漏极特性上用作图法求转移特性
结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，
可达 107 以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝 缘栅场效应管。
第一章 半导体器件
S
VGG
S
IS
IS
UGS = 0，UDG < U P，ID 较大。 UGS < 0，UDG < U P ，ID 较小。
注意：当 UDS > 0 时，耗尽层呈现楔形。
第一章 半导体器件
(c) D ID
(d)
D ID
G PP+ +
P+
VDD
G PP++
P+
VDD
N
VGG
S
IS
VGG
S
IS
UGS < 0,UDG = |UP|, ID更小, 预夹断 UGS ≤UP ,UDG > |UP|,ID 0,夹断
第一章 半导体器件
一、N 沟道增强型 MOS 场效应管
1. 结构 源极 S S
栅极 G SiO2 G
D 漏极 D
N+
N+
P 型衬底
B 衬底引线 B
图 1.4.8 N 沟道增强型MOS 场效应管的结构示意图
D 漏极
*在栅极和源极之间
加反向电压，耗尽层会变
栅极
G
N
P+ 型 P+
沟 道
N
S 源极
宽，导电沟道宽度减小， 使沟道本身的电阻值增大， 漏极电流 ID 减小，反之， 漏极 ID 电流将增加。
*耗尽层的宽度改变 主要在沟道区。
第一章 半导体器件 1. 设UDS = 0 ，在栅源之间加负电源 VGG，改变 VGG 大小。观察耗尽层的变化。
第一章 半导体器件
1. 转移特性
结型场效应管转移特 性曲线的近似公式：
ID/mA IDSS
ID

I DSS
(1
UGS )2 UP
(当 U P ≤ UGS ≤ 0 时)
2. 漏极特性
来自百度文库
UP
O uGS/V
图 1.4.6 转移特性
当栅源 之间的电压 UGS 不变时，漏极电流 ID 与漏源 之间电压 UDS 的关系，即
一、结构
D 漏极
耗尽层 (PN 结)
符 号
P 型区 栅极 G
N
P+ 型 P+
沟 道
N
在漏极和源极之间加 上一个正向电压，N 型半 导体中多数载流子电子可 以导电。
导电沟道是 N 型的，
N型硅棒
S 源极
称 N 沟道结型场效应管。
图 1.4.1 N 沟道结型场效应管结构图
第一章 半导体器件
P 沟道结型场效应管
1.4.2 绝缘栅型场效应管
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半 导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。
特点：输入电阻可达 109 以上。
类型
N 沟道 P 沟道
增强型 耗尽型
增强型 耗尽型
UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管； UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。
UGS = 0 时，耗 尽层比较窄， 导电沟比较宽
D ID = 0
UGS 由零逐渐增大， 耗尽层逐渐加宽，导 电沟相应变窄。
D ID = 0
当 UGS = UP，耗尽层 合拢，导电沟被夹断， 夹断电压 UP 为负值。
D ID = 0
G
N
P+ 型 P+
沟
道
S
(a) UGS = 0
G
N
P+ 型 P+
沟
道
ID f (UDS ) UGS常 数
第一章 半导体器件 2. 漏极特性
+
mA

ID
ID/m预可A夹变断轨U迹DS恒流UG区S UP
电阻区 UGS = 0V
IDSS/V
-1
击穿区
VGG
G
D
+
+
V UG
S
V UDS

S
VDD
-2
-3 -4 -5 -6
-7
O UP 7V
UDS /V
图 1.4.5 特性曲线测试电路
(b)JFET 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的， 因此输入电阻很高；
(c) JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制；
(a) (d)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预 夹断后，iD趋于饱和。
第一章 半导体器件
三、特性曲线
1. 转移特性(N 沟道结型场效应管为例)
VGG
+
mA

ID
G
D
+
+
S VGG (b) UGS < 0
G
P+
P+
S VGG (c) UGS = UP
第一章 半导体器件 2. 在漏源极间加正向 VDD，使 UDS > 0，在栅源间加负 电源 VGG，观察 UGS 变化时耗尽层和漏极 ID 。
(a)
D ID
(b)
D ID
G P+ N
P+
VDD
G PP++ N P+
VDD