场效应管及其放大电路

§5.1.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构和符号
N沟道增强型MOSFET结 构左右对称，是在一块浓 度较低的P型硅上生成一层 SiO2 薄膜绝缘层，然后用 光刻工艺扩散两个高掺杂 的N型区，从N型区引出电 极作为D和S,在绝缘层上镀 一层金属铝并引出一个电 极作为G D(Drain): 漏极， 相当c G(Gate): 栅极， 相当b S(Source): 源极，相当e B(Substrate):衬底
VGS >0g吸引电子反型层导电沟道 VGS 反型层变厚 VDS ID
（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用
（a）如果VGS＞VT且固定为某一值， VGD=VGS－VDS VDS为0或较小时，
VGD=VGS－VDS ＞VT，沟道分布如 图，此时VDS 基本均匀降落在沟道中
vGS vGS 2 iD K n (vGS VT ) K nVT ( 1) I DO ( 1)2 VT VT
2 2
I DO KnVT 2
它是 vGS 2VT 时的 iD
4.转移特性曲线
iD
转移特性曲线的斜率gm的大小反
iD
映了栅源电压VGS对漏极电流ID 的控制作用。 gm 的量纲为mA/V ，称为跨导。 gm=ID/VGS VDS
iD
vDS /V
iD Kn [2(vGS VT )vDS v ]
2 DS
iD Kn [2(vGS VT )vDS v ]
2 DS
' Kn W nCOX W . ( ) 其中 K n 2 L 2 L
iD
本征导电因子 Kn' nCOX
n 为反型层中电子迁移率
COX
在Sio2介质中产生一个垂直于 导体表面的电场，排斥P区多 子空穴而吸引少子电子。 但 由于电场强度有限，吸引到 绝缘层的少子电子数量有限， 不足以形成沟道，将漏极和 源极沟通，所以不可能以形 成漏极电流ID。
0＜VGS＜VT ， ID=0
(c) VGS＞VT时 此时的栅极电压已经比较强，栅 极下方的P型半导体表层中聚集较 多的电子，将漏极和源极沟通， 形成N沟道。如果此时VDS>0，就 可以形成漏极电流ID。 在栅极下方导电沟道中的电子， 因与P型区的载流子空穴极性相反， 故称为反型层。随着VGS的继续增 加，反型层变厚，ID增加。 这种在VGS =0时没有导电沟道， 依靠栅源电压的作用而形成感生 沟道的FET称为增强型FET
2. 工作原理
（1）栅源电压VGS的控制作用
(a)VGS=0时，无导电沟道
漏源之间相当两个背靠背 的 二极管，在D、S之间 加上电压，不管VDS极性 如何，其中总有一个PN 结反向，所以不存在导电 沟道。 VGS =0， ID =0 VGS必须大于0 管子才能工作。
（b）
0＜VGS＜ VT （ VT 称为开 启电压)
第五章
场效应管放大电路
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一种半导体器 件，是仅由一种载流子参与导电的半导体器件。从参与导电的 载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为 载流子的P沟道器件。 结型 场效应管： N沟道 MOS型 N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
增强型
P沟道
耗尽型
§5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管
vDS /V
为栅极氧化层单位面积电容
在特性曲线原点附近 iD 2Kn (vGS VT )vDS 所以可变电阻区内原点附近输出电阻为：
rdso dvDS diDS
vDS 常数
1 2 K n (vGS VT )
为受控于VGS的可Baidu Nhomakorabea电阻
(3) 放大区 产生夹断后，VDS增大，ID不变的区域，VDS VGS - VT VDSID不变 处于饱和区的场效应管相当于一个压控电流源 在预夹断临界条件下VDS =VGS - VT 由此得到饱和区的V-I特性表达式：
金属氧化物场效应管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET) 又称绝缘栅型场效应管，它是一种利用 半导体表面电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制 漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大 于109。
增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 在VDS作用下无iD。 耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道， 在VDS作用下iD。
（c）当VDS增加到VGDVT时 沟道如图所示。此时预夹断区域 加长，向S极延伸。 VDS增加的部 分基本降落在随之加长的夹断沟 道上， ID基本趋于不变
VDS ID 不变
3.输出特性曲线
(1) 截止区（夹断区） VGS< VT以下区域就是截止区 VGS＜ VT ID=0 (2) 可变电阻区 未产生夹断时，VDS增大，ID随 着增大的区域 VGS -VDS VP VDSID 处于饱和区的场效应管相当于 一个压控可变电阻 V-I特性近似为：
vGS /V
vDS /V
ID=f(VGS)VDS=const 转移特性曲线
ID=f(VDS)VGS=const
输出特性曲线
vGS 在恒流区，iD I D 0 ( - 1) 2 VT
I D 0是vGS 2VT时的iD值
5.1.2
N沟道耗尽型MOS管
N沟道耗尽型MOSFET的结构和 符号如图所示，制造时在栅极下 方的绝缘层中掺入了大量的金属 正离子。所以当VGS=0时，这些 正离子已经在感应出反型层，在 漏源之间形成了沟道。于是只要 有漏源电压，就有漏极电流存在。
5.1.2
沟道长度调制效应
沟道长度调制效应
MOSFET中,栅极下导电沟道预夹断后，若继续增大VDs， 夹断点会略向源极方向移动。导致夹断点到源极之间的沟 道长度略有减小，有效沟道电阻也就略有减小，从而使更 多电子自源极漂移到夹断点，导致在耗尽区漂移电子增多, 使iD增大，这种效应称为沟道长度调制效应
，沟道呈斜线分布。 这时，ID随VDS增大。
VDS ID
（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用
（b）当VDS增加到使VGD=VT 时 沟道如图所示，靠近漏极的 沟道被夹断，这相当于VDS增 加使漏极处沟道缩减到刚刚 开启的情况，称为预夹断。
（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用