4. 场效应管晶体管及其电路4.1场效应管1.场效应管（FET）的特点2. 场效应管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件。其特点是控制端基本上不需要电流，属电压控制器件。它在工作过程中起主要导电作用的是多数载流子，而在半导体三极管的工作过程中，管子内部的多数载流子和少数载流子都起着导电作用。据此，又称场效应管为单极型晶体管，称半导体三极管为双极型晶体管。场效应管放大电路(20)课件2. 场效应管分类 按结构和控制电场的形式不同，场效应管分为结型和绝缘栅型；按工作方式，又分为增强型和耗尽型。由于结构和工作原理的特点，结型场效应管只有耗尽型；按导电沟道掺杂类型不同，可分为N沟道和P沟道。4.1场效应管场效应管（FET）结型场效应管（JFET）绝缘栅型场效应管（IGFET）增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道N沟道P沟道场效应管放大电路(20)课件4.2 结型场效应管3. 结型场效应管的结构 在一块N型半导体材料两边，扩散高浓度的P型区（用P+表示），形成两个PN结。两边P+型区引出两个电极并联在一起称为栅极g，在N型本体材料的两端个引出一个电极，分别为源极s和漏极d。相当于晶体管的基极、发射极和集电极。两个PN结中间的N型区域称为导电沟。这就是N型沟道结型场效应管。耗尽层P+P+Ndgsgds结构示意图代表符号场效应管放大电路(20)课件3. 结型场效应管的结构 按照类似的方法，可以制成P沟道结型场效应管。耗尽层N+N+Pdgsgds金属铝sgd栅极源极漏极P+N+N+型衬底P+P型导电沟道耗尽层氧化层P沟道结型场效应管结构剖面图4.2 结型场效应管场效应管放大电路(20)课件场效应管放大电路(20)课件4. 结型场效应管的工作原理 以N沟道结型场效应管为例 (1) 当vDS = 0时，若0 vGS VP （栅极对应的夹断电压），| vGS |增加使PN结耗尽层宽度增加，导电沟道变窄，沟道电阻增大，导电能力减弱；P+P+NsgdgP+P+NsgdgVGS+4.2 结型场效应管场效应管放大电路(20)课件4. 结型场效应管的工作原理 若 vGS VP ,上、下耗尽层彼此相遇，导电沟道消失，称为“夹断”P+P+NsgdgVGS+4.2 结型场效应管场效应管放大电路(20)课件 (2) 当vGS = 0时， vDS的变化也可以改变沟道的宽度和漏极电流iD。若0 vDS VP ， vDS 0时，两者均起着影响沟道宽度的作用，对iD有控制作用。 vDG | VP |时，场效应管工作于可变电阻区；vDG | VP |时，沟道出现预夹断，场效应管工作于放大区。 (4) 当vGS VP ， vDS 0时，即使在栅极与沟道间反向电压最小处（即靠近源极处），反向电压已达到或超过了 | VP |，故沟道全部夹断，iD = 0，场效应管工作于截止区。P+P+sgdgVDS+NVGS+场效应管放大电路(20)课件场效应管放大电路(20)课件5. 绝缘栅型场效应管的结构N沟道增强型MOSFET 以一块掺杂浓度较低，电阻率较高的P型半导体薄片作为衬底，利用扩散的方法在P型硅中形成两个高掺杂的N+区。然后在P型硅表面生长一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在二氧化硅的表面及N+型区的表面上分别安置三个铝电极栅极g、源极s和漏极d，就成了N沟道MOS管。 由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅极。4.3 绝缘栅型场效应管场效应管放大电路(20)课件gds衬底gds衬底铝栅极g源极s漏极dB衬底引线P型硅衬底耗尽层铝N+N+SiO2 绝缘层纵剖面图N沟道增强型符号N沟道耗尽型符号场效应管放大电路(20)课件6. 绝缘栅型场效应管的工作原理 绝缘栅型场效应管多采用金属铝作栅极，用SiO2作为栅极与半导体间的绝缘层，这种管子称为金属-氧化物-半导体场效应晶体管，缩写为MOSFET，简称为MOS管。下面以N沟道为例，讨论其工作原理。增强型MOSFET：(1) 当vDS =0， 0 vGS 0， vGSVT时，沟道从左道右，栅极与沟道间电压不一样，沟道宽度也不同。当vGDVT时，管子工作于可变电阻区；当vGDVT (即vGD vGSVT)时，靠近漏极处沟道出现预夹断，且随着vDS的进一步增大，预夹断区往源极延伸，管子工作于恒流区。(4) 当vDS0， vGSvGSVP（N沟道的VP为负值）情况下，已有导电沟道，工作原理如同增强型在vGSVP时的一样。场效应管放大电路(20)课件