场效应晶体管
场效应晶体管
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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》课件
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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
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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
第八章 MOS场效应晶体管
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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
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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)。
场效应晶体管工作原理
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场效应晶体管工作原理
场效应晶体管是一种三极管,由源极、栅极和漏极组成。
其工作原理是通过控制栅极电压来调节源漏电流。
当栅极与源极之间施加了一个正电压(称为栅源正电压),则栅源之间形成一个正偏压,并在栅极表面形成一个用于控制电流的电场。
这个电场会导致沿着栅极-漏极之间的衬底表面形成一个可控的导电通道,从而允许电流流动。
当栅源电压为零时,场效应晶体管处于截止状态,导电通道被阻断,源漏电流几乎为零。
当栅源电压增加到某个临界值以上时,导电通道开始形成,电流通过。
此时晶体管处于饱和状态。
场效应晶体管的源漏电流与栅源电压呈指数关系,即使微小的栅源电压变化也能导致大幅度的源漏电流变化。
因此,场效应晶体管具有高增益和低功耗的特点,被广泛应用于各种电子设备中。
场效应晶体管(FET)
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第四节场效应晶体管(FET)晶体三极管是电流控制型器件,当它工作在放大状态时,必须给基极注入一定的基极电流,放大信号时,需从输入信号源中吸取信号源电流,所以晶体管的输入阻抗低。
场效应晶体管(FET)是一种电压控制型器件,它利用输入电压在半导体内产生的电场效应来控制输出电流的大小。
场效应管的输入端几乎不吸取信号源电流,有极高的输入电阻,一般可达108~1015Ω。
场效应管还具有噪声低,受温度、辐射影响小,制造工艺简单,便于大规模集成等优点,因此得到广泛应用。
场效应管根据结构不同可分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)两大类,每一类又有N沟道和P沟道之分。
一、结型场效应晶体管(JFET)1.结构和符号N沟道结型场效应晶体管的结构如图1-4-1所示,在N型半导体两侧制作两个高掺杂的P区,用P+表示,从而形成两个PN结,把两侧的P区连接在一起,引出一个电极,称为栅极(G),在N型半导体两端各引出一个电极,分别称为源极(S)和漏极(D),夹在两个PN结中间的N型区是载流子从源极流向漏极的通道,称为导电沟道。
这种导电沟道是N型半导体,称为N沟道结型场效应管,其电路符号如图1-4-1所示,其中栅极的箭头方向表示栅源之间的PN结正向电流的方向。
2.工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理相同,以下以N沟道结型场效应管为例进行分析。
(1)工作条件起放大作用时,N沟道结型场效应管要求漏极电压U DS为正,栅极电压U DS为负,使栅源之间两个PN结反偏,故栅极电流I G≈0,输入电阻很高。
在漏源电压U DS作用下,N沟道中的载流子定向运动,产生漏源电流I D。
外加偏置电压的接线图如图1-4-2所示,P沟道结型场效应管工作时,电源极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。
U DDi DU GG d图1-4-2 N 沟道JFET 工作原理(2)放大作用 当栅源电压U GS 向负值增加时,PN 结的反偏电压增大,使耗尽层变宽,沟道变窄,沟道电阻增大,ID 减小,体现了U GS 对ID的控制作用,当UGS 向负值增加到U GS(OFF)值时,使两边耗尽层会合,这时沟道全夹断,I D =0,UGS 对导电沟道的影响如图1-4-3所示,产生夹断时的U GS 称为夹断电压,用U GS(OFF)表示。
场效应晶体管
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
场效应管与晶体管的比较
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场效应管与晶体管的比较
• 1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,因而也被广
泛应用于各种电子设备中。
尤其用场效管做整个电子设备的输入级,可以获得一般晶体管很难达到的性能。
• 2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类,其控制原理都是一样的。
如图1-1-1是两种型号的表示符号:
•3、场效应管与晶体管的比较
•(1)场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。
在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管。
•(2)场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电。
被称之为双极型器件。
•(3)有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。
•(4)场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。
晶体管和场效应管工作原理详解
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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。
半导体基础 7.1场效应晶体管-MOSFET
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南京大学第三部分 场效应晶体管半导体器件基础第七章:MOSFET一、MOSFET简介 二、MOS电容 三、MOSFET定性分析 四、MOSFET定量分析电子科学与工程学院MOSFET与BJT半导体器件基础 南京大学电子科学与工程学院2014/4/9一、MOSFET简介半导体器件基础(1)基本概况 晶体管的分类:双极型晶体管(少子与多子参与导电) 单极型晶体管(电流由多数载流子输运)。
硅平面工艺和外延技术的发展,实现了对器件尺寸的较精确的控制。
对硅—二氧化硅界面特性的研究及表面态密度的控制,使场效应管得到了显著的发展。
南京大学电子科学与工程学院器件比较半导体器件基础电压控制器件(MOSFET)利用加在栅极与源极之间的电压来控制输出 电流。
饱和区工作电流IDSS会随VGS而改变。
电流控制器件(BJT)利用基极电流控制集电极电流。
南京大学电子科学与工程学院1场效应管的分类:半导体器件基础表面场效应管(绝缘栅场效应管IGFET和MOS场效应管)。
结型场效应管(JFET),使用PN结势垒电场控制导电能力的体内场效应管。
薄膜场效应管(TFT)采用真空蒸发工艺制备在绝缘衬底上。
结构与原理类 似表面场效应管。
南京大学电子科学与工程学院半导体器件基础2014/4/9半导体器件基础性能比较输入阻抗高:(103-106与109-1015)。
噪声系数小。
多子输运电流,不存在散粒噪声和配分 噪声。
功耗小,可用于制造高密度的半导体集成电路。
温度稳定性好。
多子器件,电学参数不易随温度而变 化(n与)。
抗辐射能力强:双极型晶体管的下降(非平衡少子的 寿命降低),而场效应管的特性变化小(与载流子寿命 关系不大)。
其它:工艺卫生要求较高,速度较低。
南京大学电子科学与工程学院半导体器件基础南京大学电子科学与工程学院南京大学电子科学与工程学院2南京大学集成电路工艺的演变半导体器件基础•10 µm — 1971 •6 µm — 1974 •3 µm — 1975 •2 µm — 1979•1.5 µm — 1982 •1 µm — 1985•800 nm (0.80 µm) — 1989 •600 nm (0.60 µm) — 1994 •350 nm (0.35 µm) — 1995 •250 nm (0.25 µm) — 1998 •180 nm (0.18 µm) — 1999 •130 nm (0.13 µm) — 2000•90 nm — 2002 •65 nm — 2006 •45 nm — 2008 •32 nm — 2010 •22 nm — approx. 2011 •16 nm — approx. 2013 •11 nm — approx. 2015电子科学与工程学院2)P沟耗尽型:半导体器件基础在零偏栅极电压下,半导体表面存在P型沟道(采用B离子注 入的方法)。
mos管分类及区别
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mos管分类及区别一、什么是MOSFETMOSFET(MOS场效应晶体管)是一种由摩尔定律驱动的场效应晶体管,它是一种电子电路的重要组成部分。
MOSFET由一个晶体管、两个电极和一种层状晶体组成,它的工作原理是在晶体管内部建立一种弥散场,让两个电极间系统通过电子流或离子流在此间进行对话。
二、MOSFET的分类1.根据结构可将MOSFET分为四大类:(1)单极型MOSFET(JFET):这种类型MOSFET最常见,它由一个单独的晶体管、三个引线和一个漏极组成。
它的工作原理是在晶体管内部建立一个非常弱的弥散场,弥散场的大小可以调节,用以控制电流的流动。
(2)双极型MOSFET(MosFET。
):这种MOSFET由两组晶体管连接而成,每组中包括一个漏极和一个栅极。
当栅极电压高于漏极电压时晶体管处于导通状态,反之电流流动会被阻隔。
(3)可控硅(SCR):可控硅是一种特殊形式的双极型MOSFET,可控硅由多个晶体管组成,具有更加可靠的工作特性,具有更低的静态电消耗,可控硅在马达控制、设备故障保护、分子流控等场合中应用十分广泛。
(4)充电/放电器件(Damp):这种类型的MOSFET具有存储电荷和放电功能,在内部有一个可控制的好离子层,因此可用作电容或内部电路高压电源的装置。
2.根据功能可将MOSFET分为5类:(1)普通功率晶体管(Power MOSFET):这种MOSFET主要用于功率转换,如DC - DC转换器、AC - DC转换器等,它们的器件电阻比较低,可以高效率的实现大功率电转换。
(2)可控硅(SCR):这种MOSFET属于双极型的,可控硅的特点是电阻低、瞬时功率大,可用于马达控制、电磁阀控制、工厂设备故障保护等多种电源应用中。
(3)整流晶体管(Rectifier MOSFET):这种MOSFET主要用来实现DC - AC、AC - AC之间的电压变化,它具有更低的静态电消耗,能够实现更高效率的电压转换。
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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。
FET的类型有:DEPFET(Depleted FET)是一种在完全耗尽基底上制造,同时用为一个感应器、放大器和记忆极的FET。
它可以用作图像(光子)感应器。
DGMOFET(Dual-gate MOSFET)是一种有两个栅极的MOSFET。
DNAFET是一种用作生物感应器的特殊FET,它通过用单链DNA分子制成的栅极去检测相配的DNA链。
FREDFET(Fast Recovery Epitaxial Diode FET)是一种用于提供非常快的重启(关闭)体二极管的特殊FET。
HEMT(高电子迁移率晶体管,High Electron Mobility Transistor),也被称为HFET(异质结场效应晶体管,heterostructure FET),是运用带隙工程在三重半导体例如AlGaAs中制造的。
完全耗尽宽带隙造成了栅极和体之间的绝缘。
IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)是一种用于电力控制的器件。
它和类双极主导电沟道的MOSFET的结构类似。
它们一般用于漏源电压范围在200-3000伏的运行。
功率MOSFET仍然被选择为漏源电压在1到200伏时的器件.ISFET是离子敏感的场效应晶体管(Ion-Sensitive Field Effect Transistor),它用来测量溶液中的离子浓度。
当离子浓度(例如pH值)改变,通过晶体管的电流将相应的改变。
JFET用相反偏置的p-n结去分开栅极和体。
MESFET(Metal-Semiconductor FET)用一个肖特基势垒替代了JFET的PN结;它用于GaAs 和其它的三五族半导体材料。
MODFET(Modulation-Doped FET)用了一个由筛选过的活跃区掺杂组成的量子阱结构。
MOSFET用一个绝缘体(通常是二氧化硅)于栅和体之间。
NOMFET是纳米粒子有机记忆场效应晶体管(Nanoparticle Organic Memory FET)。
[1]OFET是有机场效应晶体管(Organic FET),它在它的沟道中用有机半导体。
用途IGBT在开关内燃机点燃管中有用。
快速开关和电压阻碍能力在内燃机中是非常重要的。
大部分常用的FET是MOSFET。
CMOS(complementary-symmetry metal oxide semiconductor,完全对称MOS)过程技术是现代数字集成电路的基础。
这个过程技术排列了相连成串的p 沟道MOSFET和n沟道MOSFET(通常在提高模式),使得当一个开,另一个则关。
MOSFET中栅和沟道之间的脆弱绝缘层使得它在操作中容易受到静电损坏。
器件在合适的设计电路中安装后则通常不成问题。
在FET中,当在线性模式下运行,电子能向各个方向流动通过沟道。
当器件是特别的(但并不是经常的)从源极到漏极的对称制造,漏极和源极的名称变化有时是随机的。
这使得FET 适合用来开关路程间的模拟信号(多路技术)。
例如,由这一概念,固体混合板就可以被构造出。
英文翻译部分The field-effect transistor (FET) is a transistor that uses an electric field to control the shape and hence theconductivity of a channel of one type of charge carrier in a semiconductor material. FETs are unipolar transistors as they involve single-carrier-type operation. The concept of the FET predates the Bipolar junction transistor (BJT), though it was not physically implemented until after BJTs due to the limitations of semiconductor materials and the relative ease of manufacturing BJTs compared to FETs at the time.HistoryThe field-effect transistor was first patented by Julius Edgar Lilienfeld in 1925 and by Oskar Heil in 1934, but practical semi-conducting devices (the JFET) were only developed much later after the transistor effect was observed and explained by the team of William Shockley at Bell Labs in 1947. The MOSFET, which largely superseded the JFET and had a more profound effect on electronic development, was first proposed by Dawon Kahng in 1960.Basic informationFETs are majority-charge-carrier devices. The device consists of an active channel through which majority charge carriers, electrons or holes, flow from the source to the drain. Source and drain terminal conductors are connected to the semiconductor through ohmic contacts. The conductivity of the channel is a function of potential applied across the gate and sourceterminals.The FET's three terminals are:Source (S), through which the majority carriers enter the channel. Conventional current entering the channel at S is designated by IS.Drain (D), through which the majority carriers leave the channel. Conventional current entering the channel at D is designated by ID. Drain to Source voltage is VDS.Gate (G), the terminal that modulates the channel conductivity. By applying voltage to G, one can control ID.Types of field-effect transistorsThe channel of a FET is doped to produce either an N-type semiconductor or a P-type semiconductor. The drain and source may be doped of opposite type to the channel, in the case of depletion mode FETs, or doped of similar type to the channel as in enhancement mode FETs. Field-effect transistors are also distinguished by the method of insulation between channel and gate. Types of FETs are:CNTFET (Carbon nanotube field-effect transistor)The DEPFET is a FET formed in a fully depleted substrate and acts as a sensor, amplifier and memory node at the same time. It can be used as an image (photon) sensor.The DGMOSFET is a MOSFET with dual gates.The DNAFET is a specialized FET that acts as a biosensor, by using a gate made of single-strand DNA molecules to detect matching DNA strands.The FREDFET (Fast Reverse or Fast Recovery Epitaxial Diode FET) is a specialized FET designed to provide a very fast recovery (turn-off) of the body diode.The HEMT (high electron mobility transistor), also called a HFET (heterostructure FET), can be made usingbandgap engineering in a ternary semiconductor such as AlGaAs. The fully depleted wide-band-gap material forms the isolation between gate and body.The HIGFET (heterostructure insulated gate field effect transisitor), is used mainly in research now. [1]The IGBT (insulated-gate bipolar transistor) is a device for power control. It has a structure akin to a MOSFET coupled with a bipolar-like main conduction channel. These are commonly used for the 200-3000 V drain-to-source voltage range of operation. Power MOSFETs are still the device of choice for drain-to-source voltages of 1 to 200 V.The ISFET (ion-sensitive field-effect transistor) used to measure ion concentrations in a solution; when the ion concentration (such as H+, see pH electrode) changes, the current through the transistor will change accordingly.The JFET (junction field-effect transistor) uses a reverse biased p-n junction to separate the gate from the body.The MESFET (Metal–Semiconductor Field-Effect Transistor) substitutes the p-n junction of the JFET with aSchottky barrier; used in GaAs and other III-V semiconductor materials.The MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor) uses a quantum well structure formed by graded doping of the active region.The MOSFET (Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) utilizes an insulator (typically SiO2) between the gate and the body.The NOMFET is a Nanoparticle Organic Memory Field-Effect Transistor.The OFET is an Organic Field-Effect Transistor using an organic semiconductor in its channel. The GNRFET is a Field-Effect Transistor that uses a graphene nanoribbon for its channel.The VeSFET (Vertical-Slit Field-Effect Transistor) is a square-shaped junction-less FET with a narrow slit connecting the source and drain at opposite corners. Two gates occupy the other corners, and control the current through the slit.The TFET (Tunnel Field-Effect Transistor) is based on band to band tunneling .UsesIGBTs see application in switching internal combustion engine ignition coils, where fast switching and voltage blocking capabilities are important.The most commonly used FET is the MOSFET. The CMOS (complementary metal oxide semiconductor) process technology is the basis for modern digital integrated circuits. This process technology uses an arrangement where the (usually "enhancement-mode") p-channel MOSFET and n-channel MOSFET are connected in series such that when one is on, the other is off.The fragile insulating layer of the MOSFET between the gate and channel makes it vulnerable to electrostatic damage during handling. This is not usually a problem after the device has been installed in a properly designed circuit.In FETs electrons can flow in either direction through the channel when operated in the linear mode, and the naming convention of drain terminal and source terminal is somewhat arbitrary, as the devices are typically (but not always) built symmetrically from source to drain. This makes FETs suitable for switching analog signals between paths (multiplexing). With this concept, one can construct a solid-state mixing board, for example.A common use of the FET is as an amplifier. For example, due to its large input resistance and low output resistance, it is effective as a buffer in common-drain (source follower) configuration.。