场效应晶体管(场效应管)
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(PowerMOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数PowerMOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
场效应管工作原理 1
场效应管工作原理（1）场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
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、动态范围大、易于集成、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。
一、场效应管的分类场效应管分结型、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（JGFET）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。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。
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。
单极型晶体管(场效应管)
转移特性曲线呈现出非线性关系 ，这是因为场效应管内部存在多 种物理效应，如量特性曲线描述了场效应管在不同栅极电压下的工作状态 。在饱和区，电流随漏极电压的增加而增加；在截止区，电 流几乎为零；在放大区，电流与漏极电压成一定比例关系。
输出特性曲线反映了场效应管在不同工作状态下的性能表现 ，对于电路设计和应用具有重要意义。
06 场效应管的选择与使用
选择原则
01
02
03
电压容量匹配
根据电路需求选择电压和 电流容量合适的场效应管， 确保安全可靠运行。
类型选择
根据电路功能选择不同类 型的场效应管，如N沟道、 P沟道等。
品牌与质量
选择知名品牌和高质量的 场效应管，确保性能稳定 可靠。
使用注意事项
偏置设置
散热处理
正确设置场效应管的偏置电压，避免出现 工作异常或损坏。
电流增益
描述场效应管放大能力的重要 参数，通常指跨导或电压增益 。
开启电压
指场效应管开始导通所需的最 低栅极电压。
交流参数
频率响应
描述场效应管在高频下的性能表现，包括截 止频率和特征频率。
线性范围
场效应管在放大区工作时，输入信号与输出 信号呈线性关系的范围。
噪声系数
描述场效应管在信号传输过程中引入的噪声 水平。
单极型晶体管（场效应管
目录
• 场效应管简介 • 工作原理 • 结构与材料 • 制造工艺 • 性能参数 • 场效应管的选择与使用
01 场效应管简介
定义与特性
定义
场效应管是一种利用电场效应控 制电流的单极晶体管。
特性
具有输入阻抗高、噪声低、动态 范围大、易于集成等特点。
分类与比较
分类
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
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。
常用场效应管及晶体管参数
常用场效应管及晶体管参数场效应管（FET）和晶体管（BJT）是现代电子设备中广泛使用的两种主要的电子器件。
他们在放大、开关和电路控制等方面起着重要作用。
下面将详细介绍常用场效应管和晶体管的参数。
一、场效应管（FET）的参数1. 空载传导（Idss）：空载传导是指当栅极-源电压为零时的最大漏极-源极电流。
这个参数表示了当栅极完全封闭时，通过FET的最大电流。
2. 门源截止电压（VGS(off)）：当栅极-源电压为零时，FET将完全关闭，不传导漏极电流。
这个参数可以用来确定FET的静态工作点。
3. 饱和电压（VDS(sat)）：饱和电压是指，在给定的栅极-源极电压和栅极电压下，漏极-源极电流达到饱和状态时的漏极-源极电压。
在这个电压下，FET可以传导最大电流。
4. 输入电容（Ciss）：输入电容是指当栅极电压变化时，所需的输入电荷的数量，单位为法拉。
这个参数表示了栅极电压对FET的效果。
5. 输出电导（Drain-to-Source On-Resistance，RDS(on)）：输出电导是指当FET完全开启时，漏极-源极电阻的值。
值越小，FET的效果越好。
二、晶体管（BJT）的参数1. 最大集电极电流（Ic(max)）：最大集电极电流是指晶体管能够承受的最大电流值。
超过这个电流值会导致晶体管损坏。
2. 饱和电流（Ic(sat)）：饱和电流是指当基极电流大到一定程度时，集电极-发射极电流稳定在最大值的状态。
此时，晶体管工作在饱和区，可以作为开关使用。
3. 直流增益（DC Current Gain，hFE）：直流增益是指当基极电流增大时，集电极电流相对于基极电流的放大倍数。
该参数用来描述晶体管的放大能力。
4. 射极漏电流（Iceo）：射极漏电流是指当基极电流为零时，集电极-发射极间的非控制电流。
此时，晶体管处于关闭状态。
5. 输入电容（Cbe）：输入电容是指当基极电压变化时，所需的输入电荷的数量。
这个参数表示了基极电压对晶体管的效果。
场效应晶体管参数
场效应晶体管参数
场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端器件，常见的有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅场效应晶体管（IGFET，包括MOSFET的一种）。
以下是场效应晶体管的一些重要参数：
1.栅极-源极电压（Vgs）：栅极与源极之间的电压，它控制了场效应晶体管的导电状态。
2.漏极-源极电压（Vds）：漏极与源极之间的电压，决定了场效应晶体管的工作区域，包括饱和区和截止区。
3.漏极电流（Id）：从漏极到源极的电流，是场效应晶体管的输出电流，由Vgs和Vds 决定。
4.栅源电流（Igs）：流入或流出栅极的电流。
5.漏极电阻（Rd）：在特定工作点下，漏极电流和漏极-源极电压之间的比值。
6.跨导（Transconductance，gm）：栅极-源极电压变化引起的漏极电流变化的比率。
7.截止电压（Vth）：在栅极-源极电压为零时，漏极电流等于零的电压。
8.饱和电压（Vsat）：在工作区域为饱和时，漏极-源极电压的最小值。
9.电流增益（β）：漏极电流与栅源电流的比值。
10.输入电容（Ciss）：输入端（栅极）与输出端（漏极和源极）之间的总电容。
这些参数在设计和分析场效应晶体管电路时非常重要，工程师们使用它们来确定器件的性能和适用范围。
不同类型的场效应晶体管会有一些额外或不同的参数，具体取决于器件的结构和工作原理。
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称：MOSFET （简写：MOS ）中文名称：功率场效应晶体管（简称：场效应管）场效应晶体管简称场效应管，它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比，场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体（内部只有一种载流子一多子）分四类：N沟通增加型；P沟通增加型;N沟通耗尽型；P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极，栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样，场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件，即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意：①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零，管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化，VTN称为开启电压，约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线：输出特性是在给顶VGS的条件下，ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区：VGS②可变电阻区：VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大，则曲线越陡，D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区：VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点：管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大，相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小，相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时，增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡，将黑表笔接管子的一个电极，用红表笔分别接此外两个电极，如两次测得的结果阻值都很小，则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极，而且是N型沟场效应管。
场效应晶体管
Field-Effect Transistors (FETs)
内容提要
1.4.1结型场效应管,原理、输出特性与转移特性 1.4.2绝缘栅型场效应管,原理、输出特性与转移特性 1.4.3场效应管的主要参数 1.4.5场效应管与晶体管的比较
1.4.1结型场效应管的结构和符号
图1.4.11 N沟道耗尽型MOS管结构 示意图、符号及转移特性
图1.4.13 场效应管的符号及特性
1.4.3场效应管的主要参数
直流参数
夹断电压U GS (off ) 开启电压U GS(th)
交饱流和参漏数极电流I DSS
直流输入电阻RGS ( DC )
低频跨导gm
iD uGS
U DS const
图1.4.2 N沟道结型场效应管的结构示意图
图1.4.3 uDS ＝0时uGS对导电沟道的控制作用
沟道变窄
沟道消失
uDS 0... ?
图1.4.4 UGS(off)< uGS <0且uDS >0的情况
DS间为电阻特性 预夹断
恒流பைடு நூலகம்
gm
iD uGS
图1.4.5 场效应管的输出特性
123
极间电容 Cgs , Cgd , Cds
极限参数
I 最大漏极电流 DM 击穿电压U (BR)DS ,U (BR)GS 最大耗散功率PDM
例 1.4.2 试分析 为0V,8V和10V情况下
uI
uO分别为多少？
uI
如图所示电路,场效应管的夹断电压UGS(off)=-4V， 饱和漏电流IDSS=4mA。 试问，为保证负载电阻RL上的电流为 恒流， RL的取值范围为多少？
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识.
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
晶体管场效应管复合管
晶体管场效应管复合管
晶体管场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种
半导体器件，具有三个电极：源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate）。
其中，源极和漏极之间的电流通过调节栅极
电压来控制。
晶体管场效应管可以分为MOSFET和JFET两种类型。
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种以金属-
氧化物-半导体结构为基础的场效应管。
它通过改变栅极电势
来调节源漏电流。
MOSFET分为N沟道MOSFET和P沟道MOSFET两种类型，根据不同的材料和结构。
JFET（结型场效应晶体管）是一种以PN结为基础的场效应管。
它通过改变栅极电势来改变沟道中电载流子的浓度，进而调节源漏电流。
复合管是指将多个晶体管结合在一起，形成一个有功能独立的整体，具有特定的功能和性能。
复合管通常包括多个晶体管、二极管、电阻等元件，通过适当的连接方式来实现指定的电路功能。
晶体管场效应管复合管是将晶体管场效应管和其他元件结合在一起，以实现特定的电路功能。
它可以通过集成电路制造工艺来实现更小尺寸和高集成度，适用于各种电子设备和系统中。
场效应管的各种常见的MOSFET技术
场效应管的各种常见的MOSFET技术场效应晶体管场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。
由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。
它属于电压控制型半导体器件。
场效应管（FET）是利用控制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，并以此命名。
各种常见的MOSFET技术双栅极MOSFET双栅极（dual-gate）MOSFET通常用在射频（Radio Frequency,RF）集成电路中，这种MOSFET的两个栅极都可以控制电流大小。
在射频电路的应用上，双栅极MOSFET的第二个栅极大多数用来做增益、混频器或是频率转换的控制。
耗尽型MOSFET一般而言，耗尽型（depletion mode）MOSFET比前述的增强型（enhancement mode）MOSFET少见。
耗尽型MOSFET在制造过程中改变掺杂到通道的杂质浓度，使得这种MOSFET 的栅极就算没有加电压，通道仍然存在。
如果想要关闭通道，则必须在栅极施加负电压。
耗尽型MOSFET最大的应用是在“常关型”（normally-off）的开关，而相对的，加强式MOSFET 则用在“常开型”（normally-on）的开关上。
NMOS逻辑同样驱动能力的NMOS通常比PMOS所占用的面积小，因此如果只在逻辑门的设计上使用NMOS的话也能缩小芯片面积。
不过NMOS逻辑虽然占的面积小，却无法像CMOS逻辑一样做到不消耗静态功率，因此在1980年代中期后已经渐渐退出市场。
功率MOSFET功率晶体管单元的截面图。
通常一个市售的功率晶体管都包含了数千个这样的单元。
主条目：功率晶体管功率MOSFET和前述的MOSFET元件在结构上就有著显著的差异。
一般集成电路里的MOSFET都是平面式（planar）的结构，晶体管内的各端点都离芯片表面只有几个微米的距离。
而所有的功率元件都是垂直式（vertical）的结构，让元件可以同时承受高电压与高电流的工作环境。
常用场效应管及晶体管参数
常用场效应管及晶体管参数场效应管（FET）和晶体管（BJT）是现代电子设备中常见的两种半导体器件。
它们广泛应用于放大器、开关和逻辑电路等各种电子设备中。
下面将介绍常用的场效应管和晶体管的参数。
一、场效应管参数1. 栅极截止电压（VGS(off)）：当栅极、源极之间的电压低于这个截止电压时，场效应管处于截止状态，不导电。
2. 栅极漏极饱和电压（VGS(sat)）：当栅极、源极之间的电压高于这个饱和电压时，场效应管处于饱和状态，完全导通。
3. 输出导通电阻（RDS(on)）：当场效应管处于导通状态时，源极、漏极之间的电阻。
这个电阻越小，场效应管的导通性能越好。
4. 最大漏源电压（VDS(max)）：场效应管允许的最大漏源电压。
超过这个电压，场效应管可能被击穿损坏。
5. 最大漏极电流（ID(max)）：场效应管允许的最大漏极电流。
超过这个电流，场效应管可能被烧毁。
6.负温度系数（TC）：场效应管的温度特性参数。
它表示场效应管的电流与温度的关系。
一般来说，希望它越小越好，以保证工作温度下的稳定性。
7. 栅源电容（Cgs）：栅极与源极之间的电容。
它会影响场效应管的频率特性。
1.基极开路电流（ICBO）：当集电极、基极之间没有连接负载时，基极开路电流就会通过晶体管。
它可以看作是一个小的反向饱和电流。
2.发射极开路电流（IEBO）：当基极、发射极之间没有连接负载时，发射极开路电流就会通过晶体管。
它也可以看作是一个小的反向饱和电流。
3.饱和电流增益（hFE）：晶体管的放大倍数。
它表示晶体管的集电极电流与基极电流之间的比例关系。
4.最大集电极电压（VCEO）：晶体管允许的最大集电极电压。
超过这个电压，晶体管可能被击穿损坏。
5. 最大集电极功耗（PC(max)）：晶体管允许的最大功耗。
超过这个功耗，晶体管可能被烧毁。
6. 最大结温（Tj(max)）：晶体管允许的最大结温。
超过这个温度，晶体管可能出现热敏失效。
7. 输入电阻（Rin）：晶体管的输入电阻。
《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，
场效应晶体管的发展趋势
场效应晶体管的发展趋势
场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种重要的电子器件，随着科技的发展，FET也在不断演进。
以下是场效应晶体管的发展趋势：
1. 纳米级尺寸：随着微纳加工技术的进步，FET的尺寸将越来越小，从微米级到纳米级，以实现更高的集成度和更低的功耗。
2. 多栅结构：传统的MOSFET是单栅结构，未来发展趋势是多栅结构，如FinFET 和nanosheet FET，以提高电流驱动能力和减小漏电流。
3. 材料创新：新型材料的应用将推动FET的发展。
例如，石墨烯、二硫化钼等二维材料具有高载流子迁移率和优异的电子特性，有望应用于FET。
4. 低功耗：FET的低功耗是一个重要的发展方向。
通过改进材料和结构，减小漏电流和开关功耗，提高效率。
5. 集成度提升：未来的FET将更加注重集成度的提高，以满足更复杂的电路和系统需求，实现更高性能和更小体积。
6. 可兼容性：FET在不同应用场景下的兼容性也是一个重要的发展趋势。
例如，
可与生物医学设备、柔性电子等结合，满足多种不同领域的需求。
总的来说，场效应晶体管的发展趋势是尺寸越来越小，结构和材料创新，低功耗和高集成度等方面的不断提升。
这些趋势将推动FET在电子器件领域的进一步发展。
场效应晶体管和三极管的工作原理
场效应晶体管和三极管的工作原理
场效应晶体管和三极管都是电子元件中的基本部件。
它们可以用
来放大或控制电流的流动。
下面就分别介绍它们的具体工作原理。
一、场效应晶体管（FET）
场效应晶体管（FET）是一种控制电流的元件。
它的工作原理是
通过一个输入信号在栅极上形成电场，在源极和漏极之间形成一个电
子通道，然后控制电流在通道中的流动。
当输入信号的电压变化时，
栅极的电场也会变化，从而影响电子通道的宽度，最终控制电流的流动。
FET具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点，被广泛应用于放大电路和开关电路等领域。
二、三极管
三极管是一种放大电流的元件。
它由三个掺杂不同的半导体材料
组成：发射极、基极和集电极。
三极管的工作原理是通过一个小电流
控制它的输出电流。
当在基极和发射极之间的电压超过某个值时，会
有一小部分电子流入基极，从而控制另一部分电子从集电极流出。
这
种控制关系被称为“放大作用”。
三极管的放大倍数与输入电流之比
决定，具有高放大倍数、线性放大等特点，被广泛应用于音频放大器、功放等电路。
总的来说，场效应晶体管和三极管都是非常重要的电子元件。
它
们在电子电路中的应用非常广泛，了解它们的工作原理有助于更深入
地理解电子电路的原理和应用。
MOS 场效应晶体管
工作原理
mosfet通过在金属-氧化物-半导 体结构上施加电压，控制电子流动， 实现信号放大和开关作用。
结构
mosfet由栅极、源极、漏极和半导 体层组成，具有对称的结构。
mos 场效应晶体管的应用
集成电路
mosfet是集成电路中的基本元件， 广泛应用于数字电路和模拟电路 中。
工作原理概述
电压控制
导电通道的形成与消失
mos场效应晶体管是一种电压控制器 件，通过在栅极施加电压来控制源极 和漏极之间的电流流动。
随着栅极电压的变化，导电通道的形 成与消失，从而控制源极和漏极之间 的电流流动。
反型层
当在栅极施加正电压时，会在半导体 表面产生一个反型层，使得源极和漏 极之间形成导电通道。
电压与电流特性
转移特性曲线
描述栅极电压与漏极电流之间关 系的曲线。随着栅极电压的增加， 漏极电流先增加后减小，呈现出
非线性特性。
跨导特性
描述源极电压与漏极电流之间关 系的曲线。跨导反映了mos场效
应晶体管的放大能力。
输出特性曲线
描述漏极电压与漏极电流之间关 系的曲线。在一定的栅极电压下， 漏极电流随着漏极电压的增加而
增加，呈现出线性特性。
Part
03
mos 场效应晶体管的类型与 特性
nmos 场效应晶体管
总结词
NMOS场效应晶体管是一种单极型晶体管，其导电沟道由负电荷主导。
详细描述
NMOS场效应晶体管通常由硅制成，其导电沟道由负电荷主导，因此被称为 NMOS。在NMOS中，电子是主要的载流子，其源极和漏极通常为n型，而衬 底为p型。
制造工艺中的挑战与解决方案
1 2 3
场效应晶体管的栅极和电极的四种类型
场效应晶体管的栅极和电极的四种类型
场效应晶体管（Field-Effect Transistor，FET）是一种常用的电子器件，其工作原理是通过电场来控制导电沟道的导电能力，从而实现信号的放大或开关。
根据结构和工作原理的不同，场效应晶体管可以分为四种类型，分别是：
1. 结型场效应晶体管（JFET）：这种类型的场效应晶体管有两个 PN 结，分别形成导电沟道和反型层。
在栅极电压的作用下，导电沟道的宽度会发生变化，从而控制源极和漏极之间的电流。
2. 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）：这种类型的场效应晶体管在金属、氧化物和半导体之间形成电场，通过改变这个电场来控制导电沟道的导电能力。
MOSFET 是目前应用最广泛的场效应晶体管之一。
3. 绝缘栅双极晶体管（IGBT）：这种类型的场效应晶体管结合了 FET 和BJT 的特点，由一个 FET 和一个 BJT 组成。
在栅极电压的作用下，IGBT 可以实现高速的开关和放大信号。
4. 高电子迁移率晶体管（HEMT）：这种类型的场效应晶体管采用特殊的半导体材料，如 GaN 和 InGaAs 等，可以实现更高的电子迁移率。
HEMT 在高速和高频领域有广泛的应用。
以上是场效应晶体管的四种类型，每种类型都有其独特的特点和应用场景。
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e
共发射极接法
ie
e
+
revbeΒιβλιοθήκη iccib
gmvbe ie +
vce --
b
共基极接法
§1.4 场效应晶体管
场场场场场场场
场场场场场场场场场场场 场场场场场场
场场场场场场场场场场场场场场场场场
场场场场场 场场场场场
场场场场 场场场场场场场场
场场场场 场场场场场场场场场场场场
场 场 场 场 场 场 场 N场 场 MOSFET场 场 场 场 场
有电流通过N沟道。
S VGS
G
D
SiO2层
N+
N+
P型衬底 PN 结B
因VGS≥VTH时才会产生导电沟道，故称该 MOSFET为增强型，VTH称开启电压。
S VGS
G
D SiO2层
N+
N+
P型衬底
PN 结B
S VGS
G
D SiO2层
N+
N+
P型衬底
PN 结B
MOSFET的工作原理可描述如下： VGS作用→产生感生沟道→用VGS电场效应 控制沟道宽度→改变D-S之间的导电能力，使 得漏极电流ID随VGS变化(VCCS)。
GD
GS
DS
TH
ID
nCoxW
2L
VGS VTH
2
1 VDS /VA
“饱和区”
沟道长度调制效应，常忽略
3、NEMOSFET伏安特性曲
线
⑴ 转移特性
| I D
f (VGS
) VDS 0
ID(mA)
沟道长度 调制效应
VDS>VGS-VTH
转移特性曲线特点：
VTH
VGS(V)
VGS<VTH时，ID＝0 (无导电沟道)；
成耗尽层；
S VGS G
D
SiO2层
N+
N+
P型衬底 PN 结
B
⑶ 当VGS=VTH时, 受主杂质离子全部暴露，形 成的耗尽层与PN结联为一体。因耗尽层中
没有载流子，故两N+区(S、D)之间不导电。
S
VGS
G
D
SiO2层
N+
N+
P型衬底 PN 结B
⑷ 当VGS>VTH时，形成电子为多数载流子的N沟 道(反型层)。若在D、S之间外加电压，则将
（5）VDS的影响
V V V V ▲
GD
GS
DS
TH
导电沟道形成
S VGS
D
G
SiO2
层
后，外加电压VDS, 就会产生漏极电流
N+
N+
P型衬底 沟道长度 PN结
ID。由于VDS 沿沟 道方向降落，沟道 上的各点电位不等, 导电沟道呈“楔 形”。
B
ID
nCoxW
2L
2
VGS VTH
VDS VD2S
VGS>VTH时(VDS不变)，VGS↑→ 导电沟道截 面积↑→R↓→ID↑；
转移特性曲线特点：
VGS>VTH且VGS不变时， 变电阻区：VDS↑→ID↑， 饱和区： VDS↑→ID略↑ （沟道长度调制效应）
ID(mA)
沟道长度 调制效应
VDS>VGS-VTH
VTH
VGS(V)
变电阻区：
ID
nCoxW
P+ P型硅
P型硅 N沟道更宽
P+
（a）VG<0 （b）0<VG<VTH
（c）VG >VTH （d）继续增大VG
金属－氧化物－半导体（MOS）电容外加偏压
二、增强型N沟道MOSFET
1、结构
源极S 衬底B
金属层M
栅极G 漏极D
氧化层O
P＋区
N
N
+
+
栅极下的绝缘沟道
漏极D （P型衬底）
半导体S
PN结耗尽层 漏极D
2L
2
VGS VTH
VDS VD2S
◆ 变阻区特点
VGS一定，则VDS与ID不成线性关系； VDS一定，则VGS与ID成线性关系；
ID(mA)
TH
饱和区和变电阻区分界线
ID
nCoxW
2L
VGS VTH
2
V V V V ▲
GD
GS
DS
TH
VDS继续增大, 沟道长度变短，从
而引起沟道电阻减
小。在同样的VGS作 用下，ID随VDS的增 加而略有增加 。这
种现象称为“沟道
长度调制效应”。
VDS
S
VGS
G
N+
沟道长 P型衬底 度
B
D
SiO2 层
推荐参考书 模拟电子技术 [美] Robert L. Boylestad Louis Nashelsky 著 李立华 李永华等译 电子工业出版社
以NPN硅管
IF
αFIF
E IE
De
Dc
IC C
αRIR
IB IR
B E-M Model
B IB
C
+
0.7V
E-
βIB E
直流模型
ib
b + vbe
b' rbb'
栅极G
衬底B
源极S
增强型(E型)N沟道
栅极G
衬底B
源极S 增强型(E型)P沟道
2、工作原理(导电沟道的形成过程)
⑴ 当VGS≤0时，两N+区(S、D)之间不导电；
S VGS G
D
电场方向
SiO2层
N+
N+
P型衬底 PN 结
B
⑵ 当0<VGS<VTH时，在界面处，电子(少子) 与空穴复合，使得受主杂质离子开始暴露
变电阻区
V V V V ▲
GD
GS
DS
TH
S
导电沟道被夹断，
VDS VGS
G
D
SiO2 层
称为“预夹断”，由 于夹断区内存在从漏 极指向源极方向的内 电场, 电子在电场驱 动,穿过夹断区到达漏 极，形成了从漏极到 源极的电流。
N+
沟道长度 P型衬底
N+
PN结
B
V V V V
GD
GS
DS
场场场场场场场场 场场场场场场场
场场场场场场 场场场场
场场 场场场场场:场场场场场场场 场场场场:场场场场场场场场场场场
MOS电容( Metal-Oxide-Semiconductor )
金属
电场方向
电场方向
电场方向
电场方向
VG
二氧化硅
VG
非平衡空穴
P型硅
P+
VG
耗尽层 P型硅
P+
VG
反型层（N沟道）
2L
2
VGS VTH
VDS VD2S
饱和区：I D
nCoxW
2L
VGS
VTH
2
1 VDS
/VA
（2）输出特性
ID(mA)
VGS(V)=6V
沟道长度调 制效应
I V | D f ( ) DS VGS0
5.5V
5V
饱和区
变阻区
4.5V
放大区
4V
3.5V VDS(V)
变电阻区：
ID
nCoxW
N+
PN结
ID
nCoxW
2L
VGS VTH
2
1 VDS /VA
归纳如下：
◆VGS<VTH时，无导电沟道， ID 0 ；“截止区”
◆VGS≥VTH且
V V V V 时，
GD
GS
DS
TH
ID
nCoxW
2L
2
VGS VTH
VDS VD2S
“变电阻区” ；
◆VGS≥VTH且
V V V V 时，
Cπ rπ
e
rμ
c Cμ gmvb'e ic +
rce vce -e
交流模型
ib b
+
Cμ gmvb'e
c ic +
b +
ib
vbe Cπ rπ
rce vce vbe rπ
gmvb'e
ic c +
rce vce
e
-e
e
-e
简化交流模型
低频信号简化
ib
b
+
rπ
vbe
ic
ie
gmvbeβib + c
vce --