第三章场效应管 - 硬件和射频工程师.PDFVIP

线性电子电路教案 第三章 场效应管 知识要点： 场效应管原理、场效应管的小信号模型及其参数 场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流 的半导体器件。有 N 沟道器件和 P 沟道器件。有结型场效应三极管 JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET 也称金属-氧化物-半导体三极管 MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET ）。 1.1 MOS 场效应管 MOS 场效应管有增强型 （Enhancement MOS 或 EMOS ）和耗尽型(Depletion)MOS 或DMOS ）两大类，每一类有N 沟道和P 沟道两种导电类型。场效应管有三个电极： D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极； G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极； S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。 1.1.1 增强型MOS(EMOS)场效应管 根据图3-1 ，N 沟道增强型MOSFET 基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P 型半导体上生成一层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，一个是漏极 D ，一个是源极 S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金 属铝作为栅极G 。P 型半导体称为衬底，用符号B 表示。 图 3-1 N 沟道增强型 EMOS 管结构示意 一、工作原理 1．沟道形成原理 当V =0 V 时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D 、S 之间加上电压不会在D 、 GS S 间形成电流。 当栅极加有电压时，若0＜V ＜V 时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极 GS GS(th) 下方的 P 型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子 将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID 。 进一步增加 V ，当V ＞V 时（ V 称为开启电压），由于此时的栅极电压已 GS GS GS(th) GS(th) 经比较强，在靠近栅极下方的 P 型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极 和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流 ID 。在栅极下方形成的导电沟 1 线性电子电路教案 道中的电子，因与P 型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层 （inversion layer ）。 随着V 的继续增加，I 将不断增加。在V =0V 时I =0 ，只有当V ＞V 后才会出现 GS D GS D GS GS(th) 漏极电流，这种MOS 管称为增强型MOS 管。 转移特性曲线的斜率gm 的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm 的量纲为 mA/V，所以gm 也称为跨导。 跨导的定义式如下： ∆I gm D (单位mS) ∆V