绝缘栅型场效应管的结构、特性、参数
2022/1/28 23:11:04
本文主要是介绍绝缘栅型场效应管的结构、特性、参数,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
绝缘栅型场效应管的结构、特性、参数
- 本文介绍的定义
- 一、N沟道增强型MOS场效应管结构
- 二、N沟道增强型MOS场效应管特性曲线
- 三、N沟道耗尽型MOS场效应管结构和特性曲线
本文介绍的定义
绝缘栅型场效应管、N沟道增强型MOS场效应管、耗尽型场效应管、增强型场效应管、反型层、开启电压、预夹断、夹断区、输出特性、转移特性、N沟道耗尽型MOS场效应管、夹断电压。
一、N沟道增强型MOS场效应管结构
之前介绍了结型场效应管,栅极和导电沟道之间PN结被反向偏置,栅极基本不取电流,输入电阻很高可达10^7欧姆,如果要得到更高输入电阻,可以采用绝缘栅型场效应管。
绝缘栅型场效应管:由金属、氧化物、半导体制成,称为Metal-Oxide -Semiconductor Field Effect Transistor,简称MOS场效应管。它的栅极被绝缘层(SiO2)隔离,输入电阻更高。绝缘栅型场效应管有N沟道和P沟道,可以分为增强型和耗尽型,本文介绍N沟道增强型MOS场效应管。
N沟道增强型MOS场效应管:结构图如下图所示,掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底,表面覆盖一层SiO2的绝缘层,在SiO2层上刻出两个窗口,扩散形成两高掺杂N区,引出源极s、漏极d,在源极漏极之间的二氧化硅上引出栅极。衬底也引出一根引线B。
结型场效应管利用Ugs控制PN结耗尽层宽窄,改变导电沟道宽度,控制漏极电流Id。
绝缘栅型场效应管利用Ugs控制感应电荷多少,改变这些感应电荷形成的导电沟道形状,控制漏极电流Id。
耗尽型场效应管、增强型场效应管:Ugs=0时,漏源之间已存在导电沟道,称为耗尽型场效应管;Ugs=0时,漏源之间不存在导电沟道,称为增强型场效应管。
假设Uds=0,Ugs>0。栅极电压为正,吸引P区少子电子到靠近二氧化硅一侧与空穴复合,产生负离子组成的耗尽层。增大Ugs,耗尽层变宽,增大到一定值,吸引电子足够多(P区的少子电子浓度低,表面负电荷主要从源极和漏极N区得到),那么,耗尽层与二氧化硅之间形成可移动的表面电荷层。如下图所示。P型半导体中感应出N型电荷层,称为反型层。漏极d和源极s之间形成N型导电沟道。形成反型层所需Ugs称为开启电压,用Ugsth表示,随着Ugs升高,导电沟道变宽,由于Uds=0,Id=0 。
假设,Ugs是大于Ugsth的固定值,在漏极d源极s之间加上正电压Uds,Uds<Ugs-Ugsth。由于漏源之间存在导电沟道,将产生电流Id,Id经过导电沟道,产生电压降,沟道个点电位不同,靠近漏极d处电位最高,栅漏电位差Ugd=Ugs-Uds最小,导电沟道最窄,沟道靠近源极电位最低,栅源电位差最大,导电沟道最宽,如下图a所示。
Uds增大,Id增大,导电沟道宽度更加不均匀,Uds增大到Uds=Ugs-Ugsth,也就是当Ugd=Ugsth时,靠近漏极沟道达到临界开启程度,出现预夹断现象。
继续增大Uds,夹断区延长,由于夹断区沟道电阻很大,Uds逐渐增大时,增加的Uds几乎都降到夹断区了,导电沟道两端电压几乎没有增大,Id也基本不变。
二、N沟道增强型MOS场效应管特性曲线
输出特性、转移特性如图所示。
输出特性,分为三个区,可变电阻区、恒流区、截至区。可变电阻区和恒流区间虚线表示预夹断轨迹。虚线和输出特性曲线交点满足:Ugd=Ugs-Uds=Ugsth。
转移特性,Ugs<Ugsth时,未形成导电沟道,Id为0 。Ugs=Ugsth时,开始形成导电沟道,产生Id,随Ugs增大,沟道变宽,沟道电阻减小,Id增大。
三、N沟道耗尽型MOS场效应管结构和特性曲线
对于N沟道增强型MOS场效应管,当Ugs>Ugsth,漏极和源极之间才存在导电沟道。
耗尽型的MOS场效应管,由于在二氧化硅绝缘层掺入大量正离子,即使Ugs=0,正离子产生的电场也能感应出足够负电荷形成反型层,产生N型导电沟道。Uds>0时,将有较大漏极电流。
如果Ugs<0,栅极接到电源负端,电场将削弱原先的正离子电场,感应电荷减少,N型沟道变窄,Id减小,Ugs更负,导电沟道消失,Id=0 。使Id=0的Ugs称为夹断电压,用Ugsoff表示。
和N沟道增强型MOS场效应管不同之处,耗尽型MOS场效应管允许Ugs>0 。此时导电沟道更宽,Id更大。
特性曲线如下图所示。
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