金属氧化物场效应管工作原理

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

§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

场效应管

根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，

漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件

-------------------------------------------------------------- 1.概念:

场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件. 特点:

具有输入电阻高（100000000～1000000000Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者. 作用:

场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器.

场效应管可以用作电子开关.

场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源.

2.场效应管的分类:

场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类

按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟

场效应管

根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，

漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件

-------------------------------------------------------------- 1.概念:

场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件. 特点:

具有输入电阻高（100000000～1000000000Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者. 作用:

场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器.

场效应管可以用作电子开关.

场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源.

2.场效应管的分类:

场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类

按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟

纳米线场效应管

一． 什么叫纳米线

在纳米尺度下，物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响。由纳米颗粒组成的纳米材料具有以下传统材料所不具备的特殊性能： （1）表面效应 （2） 小尺寸效应 （3） 量子尺寸效应

（4） 宏观量子隧道效应

纳米材料按维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内（均小于100nm）；一维的纳米线、纳米棒和纳米管，它们在空间有二维处于纳米尺度；二维的纳米薄膜，纳米涂层和超晶格等，它们在空间有一维处于纳米尺度。

近年来，一维的纳米材料如纳米管，纳米线已成为纳米科学研究的热点，一维纳米材料的奇异物理、化学特性和在构建纳米级电子和光电子器件方面的巨大应用潜力推动了纳米线(管)的生长和特性研究。纳米材料的量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应吲和界面效应使其具有一系列优异的电、磁、光、力学和化学等宏观效应，使材料在电学、机械、化学和光学方面出现了独特的性能。目前世界各国都将此方面的研究列为重点发展项目。我国也很重视此方面的研究。我国著名科学家钱学森在1991年就曾预言“纳米左右和纳米以下\研究领域处于国际领先地位。

近年来，随着集成电路加工技术的不断发展，

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第3章 场效应管及其应用

第3章 场效应晶体管及其应用学习目标: 1.了解各种场效应晶体管的结构，掌握它们 的转移特性、输出特性以及主要参数。 2.掌握场效应晶体管的静态偏置电路与静态 分析方法。 3.掌握场效应晶体管共源极放大器、共漏极 放大器(源极跟随器)的微变等效电路与 主要性能参数。2015-7-5 1

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第3章 场效应管及其应用

本章内容

3.1 场效应晶体管的基本特性3.2 共源极场效应晶体管放大电路

3.3 源极输出器小结

2015-7-5

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第3章 场效应管及其应用

3.1 场效应晶体管的基本特性场效应管的特点 1.场效应管是一种电压控制器件。 它是利用输入端的电场效应来控制其 输出电流的大小，从而实现放大。 2.场效应管工作时，参与导电的只有多子 一种载流子，因此又称为单极性型器件； 而三极管称为双极性器件，参与导电的有 多子和少子两种载流子。2015-7-5 3

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第3章 场效应管及其应用

3.分类：根据结构不同，场效应管分为两大类， 结型场效应管和绝缘栅型场效应管。 1)结型场效应管：利用半导体内的电场效应 来控制其漏极电流的大小 2)绝缘栅场效应管：利用半导体表面的电场 效应来控制漏极的电流 绝缘

第3章 场效应管及其基本放大电路

许多电子设备中除了要用到三极管放大器外，还经常使用场效应管放大器，尤其在功率放大、射频放大及集成电路中的应用较多。

场效应管（FET）是一种仍具有PN结但工作机理与三极管全然不同的新型半导体器件。它利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流大小，故以此命名。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（107～1012Ω）、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因而广泛地应用于各种电子电路中。

由于场效应管几乎仅靠半导体中的多数载流子导电，故又称单极型晶体管。根据结构的不同，场效应管可分为两大类，即结型场效应管（JFET）和金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）。本章主要介绍场效应管的基本特性及其基本放大电路。

3.1 结型场效应管

3.1.1 JFET的结构与符号

b）

a） c ） d）

图3-1 结型场效应管结构、符号及其偏置

a）N沟道管平面结构示意图 b）N沟道管符号 c）P沟道管符号

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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