场效应晶体管全面解析(1)
功率场效应晶体管
深度剖析功率场效应晶体管功率场效应晶体管（Power MOSFET）是一种非常重要的功率半导体器件，广泛应用于各种电源电路中。
它具有低开启电阻、高开关速度、可靠性高等优点，因而被誉为现代电子技术中的“晶体管之王”。
本文将从基本原理、结构特点、主要应用领域等方面对功率场效应晶体管进行深度剖析。
首先，功率场效应晶体管的基本原理是利用场效应的作用，在控制栅极电压的作用下控制源极与漏极之间导电状态的转移，实现对电路的开关控制，并实现功率电子器件的电源控制。
在实际应用中，功率场效应晶体管通常分为N沟道型与P沟道型两种，且N沟道型的应用最为广泛。
其次，功率场效应晶体管的结构特点是，N沟道功率场效应晶体管具有N型半导体基底、P型源、漏极区和金属控制栅极组成，控制栅极与源极之间的介电层即为栅极氧化层（Gate Oxide Layer），栅极与漏极之间是输出电路。
P沟道功率场效应晶体管与之类似，其结构和N沟道功率场效应晶体管相比，主要区别就在于半导体材料类型。
P沟道功率场效应晶体管的导电过程是由控制栅极电压增大或减小控制的。
最后，功率场效应晶体管的主要应用领域是电源电路、变换器、电机驱动等，广泛应用于各种电子产品中。
其中，功率电源模块、电源逆变器、电机驱动器等应用最为广泛。
此外，功率场效应晶体管还常用于高效电源等领域，大幅提高了电路的输出功率和工作效率，成为推动电子信息技术发展的重要推动力量。
综上所述，功率场效应晶体管作为一种重要的功率半导体器件，在电子信息技术的发展中起着至关重要的作用。
全面了解功率场效应晶体管的工作原理、结构特点和应用领域，有助于我们更好地应用功率场效应晶体管，提高电力电子技术的应用水平和发展速度。
23-场效应晶体管PPT模板
1.5 场效应管的使用注意事项
1．使用场效应管时要注意电压极性，电压和电流的数 值不能超过最大允许值。
2．为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电烙铁等 都必须有外接地线。焊接时用小功率烙铁，动作要迅速，或 切断电源后利用余热焊接。焊接时，应先焊源极，后焊栅极。
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压UGS对漏 极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以，gm又称为 跨导，其定义为：
gm UIDGS（UDS为常数）
（2）输出特性曲线
输出特性曲线是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏 极电压UDS之间的关系曲线ID＝f（UDS）。它可分为三个区： 可变电阻区、恒流区和截止区。
电工电子技术
场效应晶体管*
场效应晶体管（FET）是一种利用输入回路的电场效应 来控制输出回路电流的半导体器件，属于电压控制器件。它 只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型三极管。它具 有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗 小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
根据结构不同，场效应管可分为结型场效应管（JFET） 和绝缘栅场效应管（MOS管）。由于MOS管的性能更优越， 发展更迅速，应用更广泛，因此，本节将仅介绍MOS管。
由于耗尽型MOS管自身能形成导电沟道，所以只要有 UDS存在，就会有ID产生。如果加上正的UGS，则吸引到反型 层中的电子增加，沟道加宽，ID增大。如果加上负的UGS，则 此电场将会削弱原来绝缘层中正离子的电场，使吸引到反型 层中的电子减少，沟道变窄，ID减小。若负UGS达到某一值， 则沟道中的电荷将耗尽，反型层消失，管子截止，此时的值 称为夹断电压UGS（off）或UP。
场效应晶体管
场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 （Field Effect Transistor）。
绝缘栅场效应管
结型场效应管
一、绝缘栅场效应管
第四节
绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效 应管，简称MOS管。
MOS 管按 工作 方式 分类
增强型MOS管 N沟道 P沟道 耗尽型MOS管 N沟道 P沟道
（1）感生沟道的形成 栅极和源极之间加正向电压
在电场的作用下，可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥 掉，形成空间电荷区。
当uGS增加到某一临界电压(UT)值时，吸引足够多的电子，在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。
开应的始电形子成越反型多，层沟铝的道uG就S称S越为iO宽开2。启电压(衬 PU型T底)。硅uGS越高，空电穴场越强，感
第四节
（2）直流输入电阻RGS
在 uDS=0 的 条 件 下，栅极与源 极之间加一定 直流电压时， 栅源极间的直 流 电 阻 。 RGS 的 值很大，一般
大于 109Ω。
2.交流参数
第四节
（1）跨导gm
定义：当uDS一定时，漏极电流变化量与引起这一变化的栅源 电压变化量之比，即
gm相当于转移特性的斜率，反映了场效应管的放大能力。 它可以从输出特性上求出，或根据转移特性的表达式求导 数得到。
自由电子
uGS
uGS
g
g
耗尽区
b
b
受主离子
反型层 耗尽区
（2）栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用
第四节
在栅源电压uGS=0时，没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结，其中一个为反向偏置，只能流过很小的反向饱和电流，
场效应晶体管
aN沟道增强型MOS管 （1）结构
D
B G S
N沟道增强型MOS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。
iD gm uGS
uDS 常数
gm可以在转移特性曲线上求取，为转移特性曲线的斜率。
（2）交流输入电阻
r ds
uDS rds iD
uGS 常数
rds反映了uDS对iD的影响，它是输出特性曲线上静态工作点处 切线斜率的倒数。在恒流区，漏极电流基本上不受漏源电压的影 响，因此，rds很大，一般在几十千欧～几百千欧范围内。 c极限参数 （1）最大漏极电流IDM （2）最大漏源电压U(BR)DS （3）最大栅源电压U(BR)GS
MOS管分耗尽型和增强型两大类，而每类又分N沟道和P沟道。
耗尽型是指在UGS=0时，管内已建立沟道，加上漏源电压UDS， 便会产生漏极电流ID。以后，加上适当极性的UGS，ID逐渐减小。
增强型是指在UGS=0时，管内无沟道，加上漏源电压UDS，不会 产生漏极电流ID。只有当UGS具有一定极性且达到一定数值之后， 管子内才会产生导电沟道（增强）。
（4）最大耗散功率PDM
4
场效应晶体管的特点
1 场效应晶体管是一种电压控制器件
2 场效应晶体管输入端几乎没有电流 3 场效应晶体管利用一种载流子导电
4 场效应晶体管的源漏极有时可以互换使用
5 场效应晶体管的制造工艺简单，便于大规模集成 6 MOS管输入电阻高，栅源极容易被静电击穿 7 场效应晶体管的跨导较小
《场效应晶体管》课件
六、总结
FET的优点与缺点
总结FET的优点和限制，帮助 您全面了解这一器件。
发展前景和应用前景
展望FET在未来的发展前景， 并探讨其在各个领域的应用 前景。
拟定的改善方案
提出改善FET性能和应用的建 议和方案，促进该技术的进 一步发展。
二、结构和工作原理
FET的结构组成
了解FET的结构和组成对于理解其工作原理至关 重要。
FET的工作原理
详细介绍FET的工作原理，包括导通和截止状态 的转换。
N型和P型FET的区别
掌握不同类型FET之间的区别，并理解其不同的 工作原理。
灵敏度和增益
解释FET的灵敏度和增益，以及对电路性能的影 响。
三、特性参数
2
2. FET振荡器
探索FET作为交流放大器的应用，详细介绍FET振荡器的基本电路和简单振荡电路。
五、FET的变型
M O SFET
MOSFET是一种常见的FET变型， 具有优异的性能和应用范围。
JFET
JFET是另一种重要的FET变型，适 用于一些特定的电路和应用。
基于FET的新型器件
介绍一些基于FET技术的新型器 件，展示FET在未来的发展前景。
《场效应晶体管》PPT课 件
欢迎来到《场效应晶体管》的PPT课件！本课程将介绍场效应晶体管的概述、 结构、工作原理、特性参数、常见的电路以及FET的变型，通过详细的讲解和 实例演示，帮助您深入理解这一关键器件的原理和应用。
一、场效应晶体管概述
场效应晶体管是一种重要的半导体器件，广泛应用于电子领域。它具有独特 的优势和一定的限制，而且可以在各种应用场景中发挥重要作用。
典型的FET参数
介绍常见的FET参数，如漏极电 流、跨导和截止电压。
场效应晶体管原理
场效应晶体管原理
场效应晶体管（Field Effect Transistor，缩写为FET）是一种
由金属-氧化物-半导体（MOS）结构组成的三端器件，用于放
大和调节电信号。
其原理基于场效应的作用，通过控制栅极下的电场强度来改变源漏路径上的电导。
FET由源极、漏极和栅极组成。
栅极附近有一层氧化物，形成一种绝缘层，从而隔离栅极与直接接触的半导体。
当栅极施加电压时，形成栅-源结和栅-漏结的电场，改变了源漏通道的导
电特性。
栅极电压为零时，FET处于截止状态，无法通过电流。
当半导体材料与栅极之间存在一个正电压时，形成一个电场，将自由载流子（电子或空穴）引向栅区域。
此时FET处于增强状态，电流可以通过源漏通道。
栅极电压的变化可以控制源漏通道的宽度，进而调节电流的大小。
当栅极电压增加，电场增强，源漏通道的宽度减小，电流减小；反之亦然。
这样就实现了对电流的放大和控制。
场效应晶体管相比于双极性晶体管具有许多优点，如电流增益高、输入电阻大、频率响应范围宽等。
因此，FET被广泛应用于放大器、开关和模拟电路等领域。
场效应晶体管内部结构_概述说明以及解释
场效应晶体管内部结构概述说明以及解释1. 引言1.1 概述场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种非常重要的电子器件，被广泛应用于电子领域中。
它由半导体材料制成，具有控制和放大电流的功能，因此在集成电路、通信设备、计算机等领域中发挥着至关重要的作用。
1.2 文章结构本文将对场效应晶体管内部结构进行详细概述说明，并解释其工作原理。
文章主要分为五个部分。
首先，在引言部分我们将对场效应晶体管进行简单介绍并阐明文章的目的。
然后，在"2. 场效应晶体管内部结构"部分中，我们将深入研究晶体管的基本构成部分以及核心元件，并详细解释其工作原理。
接下来，在"3. 具体示意图和示例说明"部分，我们将通过图解和实例来更加生动地展示不同类型晶体管的布局和结构，并介绍其中关键细节。
随后，在"4. 内部结构对性能影响评估"部分中，我们将对子微米技术、材料选择以及设计参数等方面对性能的影响进行评估和探讨。
最后，在"5. 结论与展望"部分，我们将对研究结果进行总结，并展望未来发展方向。
1.3 目的本文旨在全面而系统地介绍场效应晶体管的内部结构，并解释其工作原理。
通过对具体示意图和实例的说明，读者能够更加直观地理解晶体管的布局和关键细节。
此外，文章还将评估内部结构对性能的影响，并提供一些优化策略。
通过阅读本文，读者可以深入了解场效应晶体管的内部结构及其重要性，为相关领域的研究和应用提供有价值的参考。
2. 场效应晶体管内部结构：场效应晶体管是一种重要的电子元件，广泛应用于集成电路和电子设备中。
了解其内部结构对于理解其工作原理和性能具有重要意义。
本部分将详细介绍场效应晶体管的内部结构。
2.1 基本构成部分：场效应晶体管主要由三个基本组成部分构成，即栅极、漏极和源极。
栅极是位于中间的控制电极，通过控制栅极上的信号可以调节漏源通道中的载流子浓度从而控制电流。
mos场效应晶体管
mos场效应晶体管
Mos场效应晶体管是一种由晶体管和一组极性电极组成的可控制的电晶体元件，它的构造有着三个基本构元：主要是活塞片，源极和漏极。
Mos场效应晶体管是半导体电子器件中的重要一部分，它由两个栅极桥式构成，由垂直排列的源极，漏极，活塞片和双栅极构成，通过改变活塞片的位移来改变电路参数，以实现对电路的控制，是工业等领域应用十分广泛的半导体元件。
它具有较低的截止电压，低风险，高稳定性，低功耗，高可靠性等优点，适用于低功耗、放大、抑制、调节等电路应用。
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MOSFET: ID C 2 O lW X(VGS VGS()t2h
JF完E整T版:课件IpDpt
I
DSS
1
VGS VGS(off)
2
26
几种FET管子的转移特性曲线比较:
ID(mA)
耗尽型
结型
增强型
耗尽型 ID(mA)
增强型
结型
VGS(off ) VGS(th) VGS(th)
VGS (V)
G
VGS ID(VGS )
VBE(on)
-
IB
-
S
S
E
▪ 场效应管G、S之间开路 ，IG0。
三极管发射结由于正偏而导通，等效为VBE(on) 。
▪ FET输出端等效为压控电流源， ID受VGS控制。
三极管输出端等效为流控电流源，满足IC= IB 。
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具体电路分析
29
小信号等效电路
3.5 场效应管电路的分析方法
N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
N沟道 增强型（EMOS） P沟道
沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指
以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道
指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
完整版课件ppt
4
3.1 场效应管的工作原理
JFET与MOSFET工作原理相似，它们都
是利用电场效应来控制电流，即都是利用改变
34
▪ MOS管截止模式判断方法
截止条件
N沟道管：VGS < VGS(th) P沟道管：VGS > VGS(th)
▪ 非饱和与饱和（放大）模式判断方法
假定MOS管工作在放大模式：
a)由直流通路写出管外电路VGS与ID之间关系式。 b)利用饱和区数学模型： ID C 2 O lW X(VGS VGS()t2h) c)联立解上述方程，选出合理的一组解。
MOS管保护措施： 分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。
MOS集成电路：
D1 D2
T D1 D2一方面限制VGS间 最大电压，同时对感 生
电荷起旁路作用。
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28
3.4 场效应管的等效电路
3.4.1 FET直流简化电路模型(与三极管相对照)
ID
IG0
DG
+
ID
D
IB
B
+
IC
C
d)判断电路工作模式：
若|VDS| < |VGS–VGS(th)|
非饱和模式（需重新计算Q点）
若|VDS| > |VGS–VGS(th)| 完整版课件放pp大t 模式
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小信号等效电路法
场效应管小信号等效电路分法与三极管相似。
▪ 画交流通路 ▪ 将FET用小信号电路模型代替 ▪ 计算微变参数gm、rds ▪ 利用微变等效电路分析交流指标。
场效应管电路分析方法与三极管电路分析方 法相似，可以采用估算法分析电路直流工作点； 采用小信号等效电路法分析电路动态指标。
估算法
场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是 由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件 有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时， 一定要注意自身特点。
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饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型
▪ VDS极性取决于沟道类型 N沟道：VDS > 0， P沟道：VDS < 0
▪ VGS极性取决于工作方式及沟道类型
增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。
耗尽型MOS管： VGS 取值任意。
结型FET管： VGS与VDS极性相反。
▪ 饱和区数学模型
VGS
衬底表面层中 负离子、电子
形成空间电荷区 并与PN结相通
VDS =0
S -VGS + G
U
反型层
D
P+
N+
N+
P
VGS 开启电压VGS(th) 表面层 n>>p 形成N型导电沟道
VGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。
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返1回6
3.2 场效应管的伏安特性曲线（以NEMOSFET为例）
ID
由于场效应管的栅极
电流为零，故不讨论输 入特性曲线。
共源组态特性曲线：
IG0 VG+-S
+
T VDS
-
输出特性：
ID= f ( VDS )
VGS = 常数
转移特性：
ID= f ( VGS )
VDS = 常数
转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，
它们之间可以相互转换。
NDMOSFET的特性曲线 完整版N课J件FpEpTt 的特性曲线
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
• 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。
• 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流）
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3
一、场效应管的种类
按结构不同分为
绝缘栅型场效应管MOSFET N沟道
结型场效应管JFET P沟道
MOSFET
（按工作方式不同）
注：具体分析将在第四章中详细介绍。
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场效应管与三极管性能比较
项目 器件
电极名称
工作区
导输 电 入跨 类 电导 型阻
三 极 管
ebc 极极极
放 大 区
饱 和 区
双 极 小大 型
场效 应管
s gd 极极极
饱 和 区
非饱 和区
单 极 型
大小
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37
下一章 放大原理
❖ 谢谢观看
栅源电压vGS，来改变导电沟道的宽度和高度， 从而改变沟道电阻，最终达到对漏极电流iD 的 控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原
理不同。(下面我们以N沟道JFET、N沟道增强
型为例进行分析）
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➢ 3.1.2 N沟道EMOSFET沟道形成原理
• 假设VDS =0，讨论VGS作用
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VGS(off )
VGS(th) VGS(th)
VGS(V)
N沟 0
增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。
耗尽型MOS管： VGS 取值任意。
结型FET管： VGS与完V整D版S极课件性pp相t 反。
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3.3 场效应管的使用注意事项
由于MOS管COX很小，因此当带电物体（或人）靠近金 属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压 VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。
线
性
电
子
电
路
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1
主要内容
3.0 概述
3.1 场效应管的工作原理
3.2 场效应管特性曲线
3.3 场效应管的使用注意事项
3.4 场效应管的等效电路
3.5 场效应管电路的分析方法
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2
3.0 概 述
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体 器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它 体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造 大规模集成电路的主要有源器件。