【步步高】高三生物一轮复习-考能专项突破(六)名师优质课件-新人教版必修2

场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:第8章场效应晶体管1场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳结型场效应三极管绝缘栅场效应三极管的工作原理场效应三极管的参数和型号双极型和场效应型三极管的比较场效应半导体三极管2结型场效应三极管场效应半导体三极管2

场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。

从场效应三极管的结构来划分，它有两大类。

1.结型场效应三极管JFET

(JunctiontypeFieldEffectTransister)2.绝缘栅型场效应三极管IGFET

(InsulatedGateFieldEffectTransister)IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET

（MetalOxideSemiconductorFET）3场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导8.1结型场效应三极管

(1)结型场效应三极管的结构

JFET的结构与MOSFET相似，工作机理则相同。JFET的结构如图01所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。一个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。

图01

结型场效应三极管的结构48.1结型场效应三极管(1)结型场效应三极管的结构4N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极结构导电沟道5N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极结构NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS6NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS6PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS7PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS7

(2)结型场效应三极管的工作原理

根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。现以N沟道为例说明其工作原理。

8(2)结型场效应三极管的工作原理根据结型场S(Source)为源极，相当e。低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N双极型三极管场效应三极管当VDS增加到使VGS=VGS(th)时，沟道如图06(b)所（MetalOxideSemiconductorFET）以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(off)。一个P区即为栅极，N型硅的一端是衬底间的电容作用，将靠近栅极进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用②夹断电压VGS(off)(或VP)场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。⑥最大漏极功耗PDMJFET的特性曲线如图02所示。G(Gate)为栅极，相当b；绝缘栅型场效应三极管IGFET工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。9S(Source)为源极，相当e。工作原理（以P沟道为例）UPGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。10PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS

0V，漏极电流ID=0A。ID11PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID12PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP时PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID13PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。ID14GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN漏端的沟GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID15GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN此时，电流是绝缘栅型N沟道场效应三极管。现以N沟道为例说明其工作绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxide于N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅图03N沟道增强型①开启电压VGS(th)(或VT)这一点与电子管的控制作用相似。VGS对漏极电流的控制关系可用在栅极加上电压，且VGS＞VGS(off)，若漏源电压VDSJFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，JFET的结构如图01所示，它是在N型半导体硅片绝缘栅耗尽型N沟道P沟道绝缘栅场效应三极管的工作原理⑥最大漏极功耗PDM在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。相同，只不过MOSFET的栅压可正、可负，而结型材料，D是P型硅，反型层是N沟道；（MetalOxideSemiconductorFET）①栅源电压对沟道的控制作用

①栅源电压对沟道的控制作用

当VGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏、源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当VGS＜0时，PN结反偏，形成耗尽层，漏、源间的沟道将变窄，ID将减小，VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(off)。16是绝缘栅型N沟道场效应三极管。①栅源电压对沟道的控制作用

②漏源电压对沟道的控制作用

当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VGS(off)时，在紧靠漏极处出现预夹断，当VDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。

在栅极加上电压，且VGS＞VGS(off)，若漏源电压VDS从零开始增加，则VGD=VGS-VDS将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分，17②漏源电压对沟道的控制作用当VDS增加到

(3)结型场效应三极管的特性曲线

JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。它与MOSFET的特性曲线基本相同，只不过MOSFET的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。JFET的特性曲线如图02所示。18(3)结型场效应三极管的特性曲线JFET(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线图02N沟道结型场效应三极管的特性曲线19(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线20特性曲线UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压转移特性予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线021予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP22N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSS输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线23输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。24结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分为

增强型

N沟道、P沟道

耗尽型

N沟道、P沟道

N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号见图03。其中：D(Drain)为漏极，相当c；

G(Gate)为栅极，相当b；

S(Source)为源极，相当e。

图03N沟道增强型MOSFET结构示意图8.2绝缘栅场效应三极管25绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxid结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型26结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSD27N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSD27NPPGSDGSDP沟道增强型28NPPGSDGSDP沟道增强型28压，就可以形成漏极电流ID。VGD=VGS－VDS降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。gm的量纲为mA/V，所以随着VGS的继续增加，ID将不断增加。此时预夹断区域加长，伸向S极。ID=f(VGS)VDS=const是绝缘栅型N沟道场效应三极管。图5VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。栅极下方的P型半导体表层中聚集较当VDS为0或较小时，相当VGS＞VGS(th)，沟道分布如图06(a)，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。的结构示意图和符号见图03。进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxidegm=ID/VGSVDS=const(单位mS)对漏极电流的控制作用。MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是ID=f(VDS)VGS=constP沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道29压，就可以形成漏极电流ID。P沟道耗尽型NPPGSDGSD(1)N沟道增强型MOSFET

①结构

根据图04，N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。30(1)N沟道增强型MOSFET根据图04MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区31MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGPNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压32PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS33UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。34PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。35PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID②工作原理

1．栅源电压VGS的控制作用当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能以形成漏极电流ID。36②工作原理当VGS=0V时，漏源之间相当两

VGS对漏极电流的控制关系可用

ID=f(VGS)

VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图5。

进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th)称为开启电压)，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层。

随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。37VGS对漏极电流的控制关系可用

图5VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线

转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下

gm=

ID/

VGS

VDS=const(单位mS)

ID=f(VGS)

VDS=const38转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压

2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用

当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响如图06所示。根据此图可以有如下关系

VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS

当VDS为0或较小时，相当VGS＞VGS(th)，沟道分布如图06(a)，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。图06(a)漏源电压VDS对沟道的影响392．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用

当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(off)。夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109～1015Ω。图06(a)漏源电压VDS对沟道的影响一曲线称为漏极输出特性曲线。ID=f(VDS)VGS=const极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分，UGS<VpUGD=VP时极下方形成的导电沟道中的电子，场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。双极型三极管场效应三极管（MetalOxideSemiconductorFET）在栅极加上电压，且VGS＞VGS(off)，若漏源电压VDS输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上ID=f(VDS)VGS=constSemiconductorFET)。场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。DS间相当于线性电阻。当VDS为0或较小时，相当VGS＞VGS(th)，沟道分布如图06(a)，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。

当VDS增加到使VGS=VGS(th)时，沟道如图06(b)所示。这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。

当VDS增加到VGS

VGS(th)时，沟道如图06(c)所示。此时预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。

当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，

VDS对ID的影响，即ID=f(VDS)

VGS=const这一关系曲线如图7所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。40当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(o图7漏极输出特性曲线ID=f(VDS)

VGS=const41图7漏极输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const

8.3场效应三极管的参数和型号

(1)场效应三极管的参数

①开启电压VGS(th)(或VT)

开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。

②夹断电压VGS(off)(或VP)

夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电流为零。③饱和漏极电流IDSS

耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流。42

8.3场效应三极管的参数和型号

(1)场效应三极管的参

④输入电阻RGS场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109～1015Ω。

⑤低频跨导gm

低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。

⑥最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM=VDSID决定，与双极型三极管的PCM相当。43④输入电阻RGS⑤低频跨导gm

(2)场效应三极管的型号

场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘