1.4绝缘栅型场效应管6

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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。

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，。

场效应管

1.4 场效应三极管（JFET ）场效应三极管参与导电的有一种极性的载流子：多子，因此叫单极型三极管，又因这种管子是利用电场效应来控制电流的，所以又称为场效应三极管，它是一种电压控制器件，通过栅源电压GS u 来控制漏极电流D i ，在放大区，D i 的值主要取决于GS u ，而基本上与u DS 无关，常常通过跨导来描述双极型三极管的放大作用；因场效应管只有多子参与导电，且多子的浓度不易受温度光照等环境影响，所以与双极型三极管相比，噪声小，不易受外界温度和辐射影响；场效应管因D 极与S 极PN 结反偏，输入电阻很高，栅极几乎不摄取电流，因此输入电阻很大，结型场效应管一般在107Ω以上，MOS 场效应管则高达1010Ω。

双极型三极管参与导电的有两种极性的载流子：多子和少子。

场效应管根据结构和工作原理不同可分为两大类，一类是结型场效应管，另一类是绝缘栅型场效应管。

它们都只有一种载流子(多子)参与导电,所以场效应管被称为单极型器件。

结型场效应管1.4.1结型场效应管的结构结型场效应管(Junction Field Effect Transistor)简称JFET ，有N 沟道JFET 和P 沟道JFET 之分。

图给出了JFET 的结构示意图及其表示符号。

N(P)沟道JFET ，是在一根N （P ）型半导体棒两侧通过高浓度扩散制造两个重掺杂P +型（N +）区，则在P +（N +）区和N （P ）区的交界处形成两个PN 结，将两个P +（N +）区接在一起引出一个电极，称为栅极(Gate)，在两个PN 结之间的N （P ）型半导体构成导电沟道，一端引出源极，另一端引出漏极（源极和漏极可以互换）。

在源极和漏极两个电极间加上一定电压，便在沟道中形成电场，在此电场作用下，形成由多数载流子——自由电子产生的漂移电流。

将电子发源端称为源极(Source)，接收端称为漏极(Drain)。

根据导电沟道的不同，分为N 沟道结型场效应管（其导电沟道是N 型）和P 沟道结型场效应管（其导电沟道是P 型）1.4.2结型场效应管的原理（N 沟道结型场效应管的U GS 与P 沟道结型场效应管的U GS 方向相反） 1、U GS 对I D 的控制作用在G 极和S 极之间加上反向电压U GS ，使G 极和导电沟道之间的两个PN 结反向偏置，就可以通过改变U GS 大小来改变耗尽层的宽度。

场效应管(建议看)

iD
0V –1V –2V uGS = – 3 V
uDS
IDSS
可变电阻区
预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）
恒流区
击穿区
i D gm U GS
夹断电压
夹断区（截止区）
夹断电压为负
∴栅源电压越负，电流iD越小。
①夹断区： i D 0 UGS<UGS(off) ②可变电阻区(预夹断轨迹左边区域）：
之间的函数关系，即
iD f (uGS ) |U DS 常数
N沟道结型场效应管UGS=0时，存在导电沟道，电流最大；
栅源之间加负向电压UGS＜0直至沟道消失，电流为零。
UGS=0V -1V -2V -3V 夹断电压
U GS ( off ) 0
栅源电压越负，电流越小恒流区条件：
U GS U GS (off )
3、特性曲线与电流方程
转移特性输出特性曲线
N沟道增强型MOS管在UGS=0时，无导电沟道，电流为零。
UGS加正向电压至开启电压后，电流随UGS的增大而增大。
VDS 为正的
6V 5V 4V 3V 开启电压
U GS ( th ) 0
栅源电压越正，电流越大恒流区条件：
U GS U GS (th )
增强型N沟道
耗尽型N沟道
增强型P沟道耗尽型P沟道
说明：
1、栅极用短线和沟道隔开，表示绝缘栅； 2、箭头：由P区指向N区； 3、虚线：增强型MOS管；实线：耗尽型MOS管。
二、N沟道增强型MOS管的工作原理
在通常情况下，源极一般都与衬底相连，即UBS=0。为保证N沟道增强型MOS管正常工作，应保证： ① UGS=0时，漏源之间是两只背向的PN结，不管UDS 极性如何，其中总有一个PN结反偏，所以不存在导电沟道。UGS必须大于0（UGS>0）管子才能工作。 ②漏极对源极的电压UDS必须为正值(UDS>0)。这样在漏极电压作用下，源区电子沿导电沟道行进到漏区，产生自漏极流向源极的电流。

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。

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。

六种场效应管

六种场效应管一、结型场效应管结型场效应管是一种单极场效应管，其工作原理是基于栅极电压改变二氧化硅（SiO2）层中电荷分布来实现对漏极电流的控制。

它的工作特点是在工作过程中不需要很大的功耗，并且具有良好的噪声特性。

在电子设备中，结型场效应管通常用于放大、振荡、开关等电路中。

二、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管是一种单极场效应管，其工作原理是通过在二氧化硅（SiO2）绝缘层上覆盖金属薄膜来实现对源极和漏极之间的控制。

由于没有栅极氧化层与半导体之间的电容，因此其输入电阻非常高，并且具有低噪声特性。

在电子设备中，绝缘栅型场效应管通常用于放大、振荡、开关等电路中。

三、MOS型场效应管MOS型场效应管是一种单极场效应管，其工作原理是通过在金属-氧化物-半导体（MOS）结构上施加电压来改变电荷分布实现对漏极电流的控制。

它的优点是输入电阻高、驱动电流小、功耗低、易于集成等。

在电子设备中，MOS型场效应管通常用于放大、振荡、开关等电路中。

四、高电子饱和迁移率型场效应管高电子饱和迁移率型场效应管是一种具有高电子饱和迁移率的单极场效应管。

它的工作原理是通过改变栅极电压来改变半导体内部的电子饱和迁移率实现对漏极电流的控制。

它的优点是具有高速响应和低功耗特性，适用于高速数字电路和模拟电路中。

五、高电子饱和迁移率型场效应管高电子饱和迁移率型场效应管是一种具有高电子饱和迁移率的双极场效应管。

它的工作原理是通过改变栅极电压来改变半导体内部的电子饱和迁移率实现对漏极电流的控制。

它的优点是具有高速响应和低功耗特性，适用于高速数字电路和模拟电路中。

六、结型双极型场效应管结型双极型场效应管是一种双极场效应管，其工作原理是基于栅极电压改变半导体内部的电子和空穴浓度实现对漏极电流的控制。

它的优点是具有高速响应和低功耗特性，适用于高速数字电路和模拟电路中。

同时，它还具有较好的噪声特性和稳定性，适用于各种复杂的电子设备中。

绝缘栅型场效应管的特性曲线电子元器件

绝缘栅型场效应管的特性曲线 - 电子元器
件
由于绝缘栅型场效应管分增加型和耗尽型两种，我们仅以N沟道为例介绍绝缘栅型场效应管的特性曲线。

（1）转移特性曲线
增加型NMOS管的转移特性曲线如图（a）所示， U GS =0 时， I D =0 ；只有当 U GS U T 时才能使 I D 0 ， U T 称为开启电压。

耗尽型NMOS管的转移特性曲线如图（b）所示，在 U GS =0 时，就有 I D ；若使 I D 减小， U GS 应为负值，当 U GS = U P 时，沟道被关断， I D =0 ， U P 称为夹断电压。

对于增加型MOS在 U GS ≥ U T 时（对应于输出特性曲线中的恒流区）， I D 和 U GS 的关系为 I D = I D0 ( U GS U T 1 ) 2 ，其中 I D0 是 U GS =2 U T 时的 I D 值。

耗尽型MOS管的转移特性与结型管的转移特性相像，所以在 U P ≤U GS ≤0的范围内（对应于输出特性曲线中恒流区）， I D 和 U GS 的关系为 I D = I DSS ( 1 U GS U P ) 2 。

所不同是当 U GS ＞0时，结型场效应管的PN结将处于正向偏置状态而产生较大的栅极电流，这是不允许的；耗尽型MOS管由于 Si O 2 绝缘层的阻隔，不会产生PN结正向电流，而只能在沟道内感应出更多的负电荷，使 I D 更大。

（2）输出特性曲线
绝缘栅型场效应管的输出特性曲线和结型场效应管类似，同样也分成三个区：可调电阻区、恒流区（饱和区）、击穿区，含义与结型场效应管相同，跨导 g m = Δ I D Δ U GS 的定义及其含义也完全相同。

场效应管MOS

iD受uGS控制，
-4
iD基本不受uDS的影响。
0 截止区
uGS－uGS(off)
BUDS uuDDSS
JFET作放大器件时应工作在恒流区。
UGS(off) ③击穿区
④截止区（全夹断区）
在数字逻辑电路中FET工作在可变电阻区或截止区。
P沟道JFET的输出特性： uGS(off ) 0
要求：uGS 0; uDS 0 电流由S流向D
10V
iD
IDSS (1
uGS uGS(off )
)2
3(1 2)2 1.08mA 5
uGS(off)=-5V IDSS=3mA
uD ED iDRD 101.083.3 6.4V
uGD 2 6.4 8.4V uGS(off )
管子工作在恒流区。
③uDS> BUDS，PN结击穿， iD急剧增大。
6V 5V 4V
改变的uGS值，得到一簇特性曲线。
0
uDS
uGS－uGS(th)BUDS
二、特性曲线和主要参数
1. 输出特性 iD f (uDS ) uGS C 要求：uGS > 0; uDS > 0
D G
S
uGS= UGS(th)
iD
可变电阻区
# FET和BJT的电极对应关系：G--b； D--c； S--e；
# 因FET结构对称，漏极和源极可互换使用。（BJT不能） # 符号中的箭头方向表示什么？表示栅结正偏时，栅极电流方向是由栅极的P＋区指向N沟道。
注意：JFET工作时，必须使栅极-沟道间的PN结反偏。
N沟道JFET: uGSN 0; P沟道JFET: uGSP 0;
工作原理
1、当uGS=0时，无论D、S间加何种极性的电压，其间的PN结总有一个处于反偏，无导电沟道， iD=0。

模电课件 14 场效应管

§1.4 场效应管
学习目标 1.熟悉场效应管的结构、分类 2.了解场效应管的的工作原理、主要参数和应用
学习重点
1. 绝缘栅型场效应管的结构特点 2. 绝缘栅型场效应管的特性曲线
§1.4 场效应管
场效应管（FET）是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，由于它仅靠一种载流子导电，又称单极型晶体管。
符号
（2）工作原理 ①当加uDS时，若 uGS＝0
两个PN结背靠背，不存在导电沟道，即iD＝0；
2020/1/12
模电课件
②uDS＝0，uGS>0
uGS排斥SiO2附近的空穴，剩下不能移动的离子，形成耗尽层；
uDSuGSS源自GDN+
N+
P型衬底
随着uGS增大，衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个 N型薄层，即反型层，也是d－s之间的导电沟道；
较大
不受静电影响
几兆欧以上漏极与源极可以互换使用
较小
易受静电影响
2020/1/12
模电课件
参考资料：
晶体管噪声
在晶体管内，载流子的不规则运动引起不规则变化的电流起伏，因而产生不规则变化的电压起伏，这种不规则变化的电流和电压形成晶体管的噪声。晶体管噪声是晶体管的重要参数。
晶体管按工作原理可分为两大类，一类是双极型晶体管；另一类是单极型晶体管,即场效应晶体管（FET）。
输出特性曲线
uDS(V)
总结：N沟道增强型
2020/1/12
导电沟道是N型，所以衬底是P型。
增强型：uGS 0,没沟道，要产生沟道，必须加足够高uGS
iD 三段：表uGS 0, 沟道没，

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。

场效应管工作原理

五、场效应管的测试
1、结型场效应管的管脚识别：
场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S(可互换)，余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型
注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。3、估测场效应管的放大能力
将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加之1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。
三、场效应管的参数
场效应管的参数不少，包括直流参数、交流参数和极限参数，但普通使用时关注以下主要参数：
1、I—饱和漏源电流。是指结型或者耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U=0时的漏源电流。DSSGS
2、U—夹断电压。是指结型或者耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。P
3、U—开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。T
众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同，从左下图上可以看出其两大结构特点:第一，金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区(源极S)出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示，因为流通截面积增大，所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。

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。

模拟电子技术1.4 场效应管.ppt

场效应管图片
半导体三极管图片
1.4.1 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
N沟道结型场效应管：在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将
这两个P区连接在一起，引出一个电极（栅极g），在N 极两端各引出一个电极（漏极d和源极s）
导电沟道
场效应管的输入电阻很高，远远超过BJT。即外加电压时，输入电流近似为0，因此外加工作电压，应保证栅源之间耗尽层承受反向电压.
存在一定宽度的导电沟道
①UDS=0，ID=0
预夹断：UDS=UGS-UGS(off)
②UDS增大进入预夹断之前，电流iD随UDS的增大而线性增大
③UDS增大进入预夹断形成漏极饱和电流IDSS
④UDS增大进入夹断区后，电流 iD表现出恒流特性。
同样的UDS，增大|UGS|，由于导电沟道变窄，电流iD减小。
增强型N沟道耗尽型N沟道
增强型P沟道耗尽型P沟道
说明：
1、栅极和沟道用短线隔开，表示绝缘栅； 2、箭头：衬底与沟道之间由P区指向N区； 3、D、S之间是沟道：
虚线：增强型MOS管；实线：耗尽型MOS管。
二、N沟道增强型MOS管的工作原理
在通常情况下，源极一般与衬底相连，即UBS=0。
为保证N沟道增强型MOS管正常工作，应保证：
在UGS=0V时ID=0，只有当UGS＞UGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。
增强型：UGS=0时管子内没有原始的导电沟道，漏极电流是逐渐增大的。
耗尽型： UGS=0时管子有原始的导电沟道，只要漏源之间加正电压，就存在漏极电流。因此，漏极电流是逐渐减小的。
2、UDS对沟道导电能力的控制
①UDS=0，ID=0 ②UDS从零开始增大存在漏极电流，漏源之间的导电沟道具有一定电阻，因而漏源电压UDS沿沟道递降，造成漏端电位高于源端电位。近漏端PN结上的反向偏压大于近源端，因而近漏端耗尽层宽度大于近源端。即靠近漏极处的耗尽层厚度加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。