MOSFET场效应管

1、4.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体（半导体（MOS）场效应管）场效应管4.2 MOSFET放大电路放大电路场效应管场效应管BJT是一种是一种电流控制电流控制器件器件(iB iC)，工作时，多数载流子和，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件双极型器件。场效应管（场效应管（Field Effect Transistor简称简称FET）是一种）是一种电压控电压控制制器件器件(uGS iD) ，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是是单极型器件单极型器件。FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，

2、输入电阻因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。极高等优点，得到了广泛应用。P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道增强型增强型N沟道沟道N沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管在加偏置电压时，才有导电沟道：场效应管在加偏置电压时，才有导电沟道场效应管的分类：场效应管的分类：4.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体（MOS）场效应管）场效应管4.1.1 N

3、沟道增强型沟道增强型MOSFET4.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数4.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET4.1.3 P沟道沟道MOSFET4.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应4.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1. 结构结构（N沟道）沟道）L ：沟道长度：沟道长度W ：沟道宽度：沟道宽度tox ：绝缘层厚度：绝缘层厚度通常通常 W L 4.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET剖面图剖面图1. 结构结构（N沟道）沟道）符号符号4.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET2. 工作原理工作原理（1）vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当vGSGS00

4、时时 无导电沟道，无导电沟道， d、s间加电压时，也间加电压时，也无电流产生。无电流产生。当当00vGS GS V VT T 时时 在电场作用下产生导电沟道在电场作用下产生导电沟道(强反型强反型)，d、s间加电压后，将有电流产生。间加电压后，将有电流产生。 vGSGS越大，导电沟道越厚越大，导电沟道越厚2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用靠近漏极靠近漏极d d处的电位升高处的电位升高电场强度减小电场强度减小 沟道变薄沟道变薄当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）时，）时，vDSDS I ID D 沟道电位梯度沟道电位梯度 整个沟道呈整个沟道呈楔形

5、分布楔形分布当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T ）时，）时，vDSDS I ID D 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当vDSDS增加到使增加到使vGDGD= =V VT T 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用在预夹断处：在预夹断处：vGDGD= =vGSGS- -vDS DS = =V VT T预夹断后，预夹断后，vDSDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 I ID D基本不变基本不变2. 工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用2. 工作原理工作原理（3） vDS

6、和和vGS同时作用时同时作用时 vDSDS一定，一定，vGSGS变化时变化时 给定一个给定一个vGS GS ，就有一条不，就有一条不同的同的 iD D vDS DS 曲线。曲线。工作原理3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)( vvfi 截止区截止区当当vGSVT时，导电沟道尚时，导电沟道尚未形成，未形成，iD0，为截止工，为截止工作状态。作状态。3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程const.DSDGS)(

7、vvfi 可变电阻区可变电阻区 vDS（vGSVT） )( DSDSTGSnD22vvv VKi由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为DSTGSnD )(vvVKi 2常数常数 GSDDSdsovvdidr)(TGSnVK v21rdso是一个受是一个受vGS控制的可变电阻控制的可变电阻 3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程 可变电阻区可变电阻区 DSTGSnD )(vvVKi 2)(TGSndsoVKr v21 n ：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移率Cox ：栅极（与衬底间）氧：栅极（与衬底间）氧化层

8、单位面积电容化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子oxnnC K LWLWKK22oxnnnC 其中其中Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 23. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程）输出特性及大信号特性方程 饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）vGS GS V VT T ，且，且vDSDS（v vGSGSV VT T）2)(TGSnDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2V VT T时的时的iD D V V- -I I 特性：特性：可

9、变电阻区和饱和区3. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性）转移特性const.GSDDS)( vvfi21)(TGSDOD VIiv4.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET(自学自学)1. 结构和工作原理结构和工作原理（N沟道）沟道）二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流4.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET(自学自学)2. V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程 21)(PGSDSSDVIiv 21)(TG

10、SDOD VIiv（N N沟道增强型）沟道增强型）4.1.3 P沟道沟道MOSFET 增强型转移特性曲线 增强型输出特性曲线 4.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的实际上饱和区的曲线并不是平坦的)()(DSTGSnDvv 12VKi)()(DSTGSDOvv 112VIL的单位为的单位为 m1V 1 . 0 L当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，曲线是平坦的。，曲线是平坦的。 修正后修正后4.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS增强型增强型1. 1. 开启电压开启电压V VT T （增强型参数

11、）（增强型参数）2. 2. 夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3. 3. 饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）4. 4. 直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流参数二、交流参数 1. 1. 输出电阻输出电阻r rdsds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时， 0 0，rdsds )()(DSTGSnDvv 12VKi4.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数DS GSDmVigv 2. 2. 低频互导低频互导g gm m 二、交流参数二、交流参数 考虑到考虑到 2TGSnD)(VKi v则则DSDSGS2TGSnGSDm)(VVVKigvvv )(2TGSnVK vnDTGS)(KiV vDn2iK L