金属氧化物半导体场效应管构成的集成电路

金属氧化物半导体场效应管

MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)：MOS(Metal Oxide Semiconductor),以金属层(M)的栅极隔着氧化物(O),利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应管(FET)，用于功率开关管

MOSFET的分类：

1、耗尽型(N/P沟道)

2、增强型(N/P沟道)

MOSFET的结构：

1、横向通道型，有利于集成，功率不高，开关速度(相当小的电容)可以很快，栅极驱动损耗也比较小

2、垂直通道型，允许通过电流大，电压大

1) VMOS：导通阻抗较小，开关响应快

2) DMOS：制作简单，成本低，导通阻抗大

3) UMOS：导通阻抗更小，功率大，制作复杂，成本高

3、为了防止MOSFET接电感负载，产生高压击穿MOSFET管，一般功率MOSFET的漏极和源极都并上一个快速恢复二极管

4、功率MOSFET主要是N沟道增强型

MOSFET的特点：

1、在电子电力器件工作频率最高的，可达到10ns—60ns

2、驱动功率小

3、热稳定性好

4、电流容量小、耐压低，一般功率不超过10KW

5、管子耐压越高，压降越大，功耗越大

MOSFET的参数：

1、Vdss：

2、Rds(on)：完全导通时，漏源间的电阻

3、Vgs(th)：阀值电压

4、Id(max

金属氧化物半导体场效应管

MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)：MOS(Metal Oxide Semiconductor),以金属层(M)的栅极隔着氧化物(O),利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应管(FET)，用于功率开关管

MOSFET的分类：

1、耗尽型(N/P沟道)

2、增强型(N/P沟道)

MOSFET的结构：

1、横向通道型，有利于集成，功率不高，开关速度(相当小的电容)可以很快，栅极驱动损耗也比较小

2、垂直通道型，允许通过电流大，电压大

1) VMOS：导通阻抗较小，开关响应快

2) DMOS：制作简单，成本低，导通阻抗大

3) UMOS：导通阻抗更小，功率大，制作复杂，成本高

3、为了防止MOSFET接电感负载，产生高压击穿MOSFET管，一般功率MOSFET的漏极和源极都并上一个快速恢复二极管

4、功率MOSFET主要是N沟道增强型

MOSFET的特点：

1、在电子电力器件工作频率最高的，可达到10ns—60ns

2、驱动功率小

3、热稳定性好

4、电流容量小、耐压低，一般功率不超过10KW

5、管子耐压越高，压降越大，功耗越大

MOSFET的参数：

1、Vdss：

2、Rds(on)：完全导通时，漏源间的电阻

3、Vgs(th)：阀值电压

4、Id(max

场效应管

金属-氧化物-半导体场效应管Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor

1.基本知识概述 2.分类、命名、标识、结构 3.基本特性 4. 应用 5.制程及工艺 6.常见失效模式及案例分析7.Derating标准及其测试方法

场效应管

1.1 MOSFET的基本知识

1.1.1概述场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。这 种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输 入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单,存在 零温度系数工作点等优点，因而大大地扩展了它的应用范围，特别是在 大规模和超大规模集成电路由于面积仅为双极型三极管的5%,因此得 到了广泛的应用。

场效应管

然而由于场效应管输入阻抗很高，栅极的感应电荷不易泻放，且二 氧化硅绝缘层很薄，栅极与衬底间的等效电容很小感应产生的少量电 荷即可形成很高的电压，容易击穿二氧化硅绝缘层而损坏管子。存放 管子时应将栅极和源极短接在一起，避免栅极悬空。进行焊接时烙铁 外壳应接地良好，防止因烙铁漏电而将管子击穿。

本文从场效应管的结构、特性出发，阐述其工作原理、应用、失效条 件、以及 Derating 测

电子电路与数字逻辑知识

第二章 半导体三极管

第二章 半 导 体 三极管2.1 双极型半导体三极管 2.2单极型半导体三极管 2.3 半导体三极管电路的基本分析方法 2.4 半导体三极管的测试与应用

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第二章 半导体三极管

2.1 双极型半导体三极管

3A X8 1

3A X1

3D

G4

3AD10

(a)

(b)

(c)

(d)

图 2 - 1 几种半导体三极管的外形

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第二章 半导体三极管

2.1.1 晶体三极管的工作原理一、结构及符号

图 2 – 2 晶体三极管的结构示意图和符号

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第二章 半导体三极管

无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个 区: 发射区、基区和集电区, 并相应地引出三个电极： 发射极(e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两 交界处, 形成两个PN结, 分别称为发射结和集电结。常 用的半导体材料有硅和锗, 因此共有四种三极管类型。 它 们 对 应 的 型号 分 别 为 ：3A( 锗PNP) 、 3B( 锗 NPN) 、 3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。

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第二章 半导体三极管

二、 三极管的三种连接方式e IC e IE b IB IC c

半导体基本知识和

半导体器件（二极管、三极管、场效应管、集成运放）

一、选择题：

1、PN结外加正向电压时，其空间电荷区（ ）。 A.不变 B.变宽 C.变窄 D.无法确定 2、PN结外反正向电压时，其空间电荷区（ ）。 A.不变 B.变宽 C.变窄 D.无法确定

3、当环境温度升高时，二极管的反向饱和电流Is将增大，是因为此时PN结内部的（ ）

A. 多数载流子浓度增大 B. 少数载流子浓度增大 C. 多数载流子浓度减小 D. 少数载流子浓度减小 4、PN结反向向偏置时，其内电场被（ ）。

A.削弱 B.增强 C.不变 D.不确定 5、在绝对零度（0K）和没有外界激发时，本征半导体中( ) 载流子。 A.有 B.没有 C.少数 D.多数

6、 集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以（ ）。

A．减小温漂 B. 增大放大倍数 C. 提高输入电阻

半导体基本知识和

半导体器件（二极管、三极管、场效应管、集成运放）

一、选择题：

1、PN结外加正向电压时，其空间电荷区（ ）。 A.不变 B.变宽 C.变窄 D.无法确定 2、PN结外反正向电压时，其空间电荷区（ ）。 A.不变 B.变宽 C.变窄 D.无法确定

3、当环境温度升高时，二极管的反向饱和电流Is将增大，是因为此时PN结内部的（ ）

A. 多数载流子浓度增大 B. 少数载流子浓度增大 C. 多数载流子浓度减小 D. 少数载流子浓度减小 4、PN结反向向偏置时，其内电场被（ ）。

A.削弱 B.增强 C.不变 D.不确定 5、在绝对零度（0K）和没有外界激发时，本征半导体中( ) 载流子。 A.有 B.没有 C.少数 D.多数

6、 集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以（ ）。

A．减小温漂 B. 增大放大倍数 C. 提高输入电阻

§3.1 场效应管的类型（第一页）

这一节我们要了解场效应管的分类，各种场效应管的工作特点及根据特性曲线能判断管子的类型。

场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管） 一：结型场效应管

1.结型场效应管的分类

结型场效应管有两种结构形式。它们是N沟道结型场效应管（符号图为（1））和P沟道结型场效应管（符号图为（2）） 从图中我们可以看到，结型场效应管也具有三个电极，它们是：G——栅极；D——漏极；S——源极。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导

电方向。

2.结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例) 在D、S间加上电压UDS，则源极和漏极之间形成电流ID，我们通过改变栅极和源极的反向电压UGS，就可以改变两个PN结阻挡层的（耗尽层）的宽度，这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流ID。

3.结型场效应管的特性曲线(以N沟道结型场效应管为例) 输出特性曲线：（如图（3）所示） 根据工作特性我们把它分为四个区域，即：可变电阻区、放大区、击穿区、截止区。

对此不作很深的要求，只要求我们看

到输出特性曲线能判断是什麽类型的管子即可

转移特性曲线：

我们根据这个特性关系可得出它

第1章 集成电路的基本制造工艺

1.6 一般TTL集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL集成电路的外延层电阻率高。

第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题

2.2 利用截锥体电阻公式，计算TTL“与非”门输出管的rCS，其图形如图题2.2 所示。

提示：先求截锥体的高度

T?Tepi?xjc?xmc?epi?TBL?up 然后利用公式： rc1?lnb/a ，

WLa?b??TrC2?RS?BL?LE?C1? WBL2 rc3??TWL?lnb/a a?b rCS?rC1?rC2?rC3

注意：在计算W、L时, 应考虑横向扩散。

2.3 伴随一个横向PNP器件产生两个寄生的PNP晶体管，试问当横向PNP器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?

答：当横向PNP管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。

2.8 试设计一个单基

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第四章 场效应管放大电路

由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保证发射结正偏，故输入端始终存在输入电流。改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。

场效应管是通过改变输入电压(即利用电场效应)来控制输出电流的，属于电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻十分高，可高达上百兆欧。除此之外，场效应管还具有温度稳定性好，抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，所得到广泛的应用。

场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(IGFET)，目前最常用的MOS管。

由于半导体三极管参与导电的两种极性的载流子，电子和空穴，所以又称为半导体三极管双极性三极管。场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称为单极性三极管。

FET－Field Effect transistor

JFET－Junction Field Effect transistor

IGFET－Insulated Gate Field Effect Transistor MOS－Metal-Oxide-Semiconductor

§1 结型场效应管

一、结构

结型场效应管有两种结构

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第四章 场效应管放大电路

由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保证发射结正偏，故输入端始终存在输入电流。改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。

场效应管是通过改变输入电压(即利用电场效应)来控制输出电流的，属于电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻十分高，可高达上百兆欧。除此之外，场效应管还具有温度稳定性好，抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，所得到广泛的应用。

场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(IGFET)，目前最常用的MOS管。

由于半导体三极管参与导电的两种极性的载流子，电子和空穴，所以又称为半导体三极管双极性三极管。场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称为单极性三极管。

FET－Field Effect transistor

JFET－Junction Field Effect transistor

IGFET－Insulated Gate Field Effect Transistor MOS－Metal-Oxide-Semiconductor

§1 结型场效应管

一、结构

结型场效应管有两种结构