MOS场效应管PPT课件

1、.1，3.2结场效应晶体管，3.3场效应晶体管应用原理，3.1金属氧化物半导体场效应晶体管，第三章场效应晶体管，一般来说，场效应晶体管是另一种具有正控制功能的半导体器件。它体积小，工艺简单，易于控制器件特性。它目前是制造大规模集成电路的主要有源器件。场效应晶体管和三极管的主要区别在于场效应晶体管的输入电阻比三极管的大得多。场效应晶体管是单极器件(三极管是双极器件)。N沟道金属氧化物半导体晶体管的工作原理类似于P沟道金属氧化物半导体晶体管，除了它们形成具有不同载流子特性的电流，从而导致施加到每个极的电压极性相反。4，3.1.1增强型金属氧化物半导体场效应晶体管和N沟道增强型金属氧化物半导体场效应

2、晶体管的结构示意图，5 . N沟道EMOS管的外部工作条件，VDS 0(确保栅漏PN结反向偏置)。U形连接电路或连接到S极的最低电位(确保源极衬PN结的反向偏置)。VGS 0(形成导电通道)，n通道EMOS管工作原理，6、n沟道EMOSFET沟道形成原理，假设VDS=0，讨论VGS函数，VGS越大，反型层中n越多，导电能力越强。嘿。嘿。7，VDS控制的频道(假设VGS VGS(th)不变)，VDS很小 vgdvgs。此时，W大致相同，即罗恩也相同。从图中可以看出，VGD=VGS-VDS，因此VDSID是线性的。如果VDS VGD 漏极沟道附近 Ron增加。罗恩 id慢下来。8。当VDS增加到V

3、GD=VGS (Th) 预夹断发生在点A。如果VDS继续点A向左移动夹断发生，此时VAS=VAG VGS=-VGS(th) VGS(常数)。如果忽略信道长度调制效应，则L近似假设为常数(即Ron为常数)。因此，预夹紧后，VDS 内径基本保持不变。9、VDS 沟道长度L 沟道电阻Ron略考虑沟道长度调制效应。所以vds id略高。根据以上分析，可以绘制出内径与VDS的关系曲线：曲线形状类似于三极管的输出特性。MOS管只依靠一个载流子(多个载流子)来导电，因此被称为单极器件。三极管被称为双极器件，因为许多儿童和少数儿童同时参与传导。利用半导体表面上的电场效应，感应电荷量通过栅极-源极电压VGS的改

4、变而改变，从而改变感应沟道的宽度并控制漏极电流ID。MOSFET的工作原理如下：MOS晶体管的栅极电流为零，因此不讨论输入特性曲线。公共源极配置特性曲线：伏安特性、转移特性和输出特性反映了场效应晶体管相同的物理过程，并且可以相互转换。12、NEMOS输出特性曲线，非饱和区，特性：ID同时受VGS和VDS控制。当VGS不变时，VDSID近似线性，表现出电阻特性。当VDS不变时，vgsid表现出一种压控电阻特性。通道预夹紧前的相应工作区域。因此，非饱和区也称为可变电阻区。在这种情况下，金属氧化物半导体晶体管可以被视为线性电阻，其电阻由VGS控制。当具有非常小VDS的金属氧化物半导体晶体管在不饱和区

5、工作时，在1d和VDS之间存在线性关系，其中W和L是沟道的宽度和长度。Cox (=/ox)是单位面积的栅极电容。注：不饱和区相当于三极管的饱和区。14，饱和区，特性：ID仅由VGS控制，并且近似独立于VDS，表现出类似于三极管的正控制效应。通道预夹紧后的相应工作区域。考虑到通道长度的调制效应，输出特性曲线随着VDS的增加略有弯曲。注意：饱和区(也称为有源区)对应于三极管的放大区。15，数学模型：如果考虑沟道长度调制效应，id的修正方程：当工作在饱和区时，MOS晶体管的正向控制作用遵循平方律关系：其中：沟道长度调制系数被称为，其值与l有关，通常=(0.005 0.03) V-1，16，截止区域，

6、特性：相当于thr断开因为金属氧化物半导体管的环氧化物非常小，当带电物体(或人)接近金属栅极时，感应电荷将在二氧化硅绝缘层中产生大的电压VGS(=Q/环氧化物)，导致绝缘层击穿和金属氧化物半导体管的永久损坏。金属氧化物半导体管保护措施：分立金属氧化物半导体管：各极引线短路，烙铁外壳接地。一方面，D1D2限制了VGS之间的最大电压，同时绕过了感应电荷。18，NEMOS管传输特性曲线，VGS(th)=3V，VDS=5V，传输特性曲线反映了VDS不变时VGS对内径的控制效果，可通过输出特性转换获得。VDS=5V，对应于传输特性曲线中的ID=0的VGS值，即导通电压VGS(th)。在集成电路中，许多金

7、属氧化物半导体晶体管制作在同一衬底上。为了确保U、S和D之间的PN结反向偏置，衬底应连接到电路的最低电位(N沟道)或最高电位(P沟道)。如果| VUS |，耗尽层中的负离子数目是恒定的，因为VGS(G极的正电荷是恒定的)和ID，根据衬底电压对ID的控制效应，这也被称为U极背栅。阻挡层的宽度，表面层中的电子数。20、P通道EMOS管、N通道EMOS管和P通道EMOS管有相似的工作原理。即VDS 0，VGS 0，VGS正，负，零都可以。外部工作条件：DMOS管在饱和区和非饱和区的内径表达式与EMOS管相同。PDMOS和NDMOS的唯一区别是电压极性与电流方向相反。23，3.1.3四个金属氧化物半导

8、体场效应晶体管的比较，电路符号，电流流向，传输特性，24，饱和区(放大区)施加电压的极性和数学模型，VDS极性取决于沟道类型，N沟道：VDS 0，P沟道：VDS |VGS(th) |，| VDS | | VGS-VGS(TH)|，| VGS | | VGS (TH) |，饱和区(放大区)工作条件，|VDS | |VGS(th) |，非饱和区(可变电阻区)数学模型，26、FET直流简化电路模型(与三极管相比)，FET G和s之间开路，IG0.三极管发射极结由于正向偏置而导通，相当于VBE(导通)。FET输出相当于一个压控电流源，满足平方律方程：三极管输出相当于一个流量控制电流源，满足IC= IB

9、。27，3.1.4小信号电路模型，MOS管简化小信号电路模型(与三极管相比)，rds是FET输出电阻：由于FET IG0.的输入电阻RGS三极管的发射极结正偏，因此输入电阻rbe很小。类似于三极管输出电阻的表达式。一般来说，金属氧化物半导体晶体管的跨导比三极管的跨导小一个数量级以上，即金属氧化物半导体晶体管的放大能力比三极管弱。29、考虑衬底效应的金属氧化物半导体晶体管简化电路模型。考虑到衬底电压vus对漏极电流id的控制作用，小信号等效电路中应增加一个压控电流源gmuvus。gmu表示背栅跨导，工程上，是常数，一般=0.1 0.2，30、MOS管高频小信号电路模型，在高频应用时，需要考虑管的

10、两极间电容的影响，应采用以下高频等效电路模型。场效应管电路的分析方法类似于三极管电路。电路的DC工作点可以用估算法来分析。小信号等效电路法用于分析电路的动态指标。3.1.5、金属氧化物半导体管电路分析方法、场效应管估算方法的分析思路与三极管相同，只是因为两种管的工作原理不同，所以外部工作条件有明显的差异。因此，在用估算法分析场效应管电路时，必须注意自己的特点。估计方法。32、金氧半管截止模式判断方法，假设金氧半管工作在放大模式：放大模式，非饱和模式(Qpoint需要重新计算)，非饱和和饱和(放大)模式判断方法，a)从DC路径写出外部电路VGS和ID之间的关系。同时求解上述方程，以选择一组合理的

11、解。d)确定电路运行模式：如果| VDS | | VGSVGS(TH)|，如果| VDS | VGSVGS(TH)，VGS VGS(th)，假设为真。34，sma，35，3.2结场效应晶体管，JFET结构图和电路符号，36、外部工作条件下的N沟道JFET管，VDS 0(保证栅漏PN结反向偏置)，VGS 0(保证栅源PN结反向偏置)，3.2.1 JFET管工作原理，37，VGS对通道宽度的影响，如果VDS=0，38，VDS非常小 vgdvgs，如图VGD=VGS-VDS所示，因此VDSID是线性的。如果漏极沟道附近的VDSvgdRon增加。此时，罗恩 id减慢，VDS控制着频道(假设VGS是常数

12、)，此时w大致相同，即罗恩是常数，39，当VDS增加到使VGD =VGS(off) 点a出现预夹断，如果VDS继续点a向下移动夹断区域出现，VAS=VAG VGS=-VGS(关)VGS(常数)，如果通道长度调制效应被忽略，那么l大约被认为是常数(即Ron是常数)。因此，预夹紧后，VDS 内径基本保持不变。40，通过利用半导体中的电场效应改变栅-源电压VGS来改变阻挡层的宽度，从而改变导电沟道的宽度并控制漏电流ID。总之，JFET和场效应晶体管的工作原理相同。他们都利用电场效应来控制电流。区别仅在于导电通道形成的不同原理。41、NJFET输出特性，不饱和区(可变电阻区)，特性：ID同时由VGS和VDS控制。3.2.2伏安特性曲线，线性电阻： 42，饱和区(放大区)，特性：仅由VGS控制，与VDS近似无关。数学模型：在饱和区，JFET和VGS的ID也满足平方律关系，但方程不同