场效应晶体管

格式：pptx
大小：281.13 KB
文档页数：14

场效应晶体管

幻灯片1

迄今为止我们一直在讨论双极性晶体管（BJT），此外，还有很多种晶

体管。场效应管是另一种很重要的晶体管，其控制参数是结电场，这与 BJT

上的控制电流相当。由于电场与电压有关，因此场效应管的一个主要优点

是不需要有电流流入控制端（栅极也叫门极）。这就是说它有很高的输入阻

抗和很低的漏电流。

最容易理解的是结型场效应管（JFETs）,我们首先对它进行一下详细

的讨论。而金属氧化半导体场效应管（MOSFETs）则对数字逻辑尤为重要。

幻灯片2

对BJT晶体管来说有两种类型，即NPN和PNP两类，它们的区别在

于多数载流子不同（电子或空穴）。

由于FET（场效应管）是由结上电场的变化来控制的，因此在控制端

上接入电容可以进一步降低漏电流。而MOSFET的金属氧化物会在控制端

即输入端即栅极处形成电容。

幻灯片3

我们首先介绍结型场效应管（JFET）工作原理及控制能力。要理解结

型场效应管首先要了解导电沟道。

n型硅材料如图，其两侧各有一个接线端子。这实际上是一个其阻值取决

于掺杂量的电阻。

JFET的三个端子分别叫做源极，漏极和门极。源极相当于BJT的射极，。是多数载流子的源头。在N型材料中，载流子是电子，源极是电子的源

头。

漏极相当于BJT的集电极，因此多数载流子从源极流向漏极。对于n型

材料来说，载流子是电子，故电流方向与载流的运动方向相反。

相反。

幻灯片4

栅极由两块P型区域构成，它们形成了从源极到漏极的导电通道。通

常两个栅极是连在一起的，因此在封装后的器件上只能看到一个电极，即

栅极。

注意，上图所示器件中，因其源极、门极和漏极分别为N型、P型和N

型所以是NPN型结型场效应管（JFET），而并非按从上向下的门——通道

——门的杂质类型称其为PNP型。

幻灯片5

如同PN结，门极周围存在着耗尽区。这一损耗区自然会降低n型通道

的横向区域，从而使电子传导率下降。

改变门极到漏极的电压，进而改变耗尽区的大小，可以左右JFET的行

mos场效应晶体管的二级效应

MOS场效应晶体管（MOSFET）是一种常用的半导体器件，具有广泛的应用领域，包括数字集成电路、模拟电路、功率放大器以及开关电源等。在MOSFET的工作过程中，存在着一种重要的二级效应，即通道长度调制效应（Channel Length

Modulation Effect）。

通道长度调制效应是基于MOSFET工作原理中的电场型场效应晶体管（E-type MOSFET）的电场分布进行分析的。当MOSFET处于导通状态时，沿着通道方向，从漏极到源极，电场会随着距离的变化而发生变化。通道长度调制效应即表征了通道长度对电场分布和电流的影响。

具体来说，通道长度调制效应的表现为：当增加了电压偏置后，电场导致了电子在通道中的速度增加和平均束缚时间的减小。因此，通道中的电子流速增加，从而导致了通道电流的增加。

通道长度调制效应的数学表达式为：

ID = μCoxW/L [(VGS - VT)VDS - VDS^2/2],

其中，μ为电子迁移率，Cox为栅极氧化层的氧化电容，W和L分别为MOSFET的通道宽度和通道长度，VGS为栅极与源极之间的电压，VT为临界电压（阈值电压），VDS为漏极与源极之间的电压，ID为漏极电流。

从上述公式可以看出，当VDS增加时（VDS > 0），漏电流ID随之增加。这是因为通道中的电子速度增加，电子在碰撞之间的平均束缚时间减小，从而导致了通道电流的增加。而当VDS减小时（VDS < 0），漏电流ID随之减小。

通道长度调制效应对于MOSFET的工作性能有一定的影响。首先，通道长度调制效应导致了漏电流的增加，从而导致了功耗的增加。其次，通道长度调制效应还会导致漏电流与漏源电压之间存在非线性关系，从而影响了MOSFET的放大性能。

为了减小通道长度调制效应的影响，可以采取一些措施，例如增加栅极氧化层的厚度，减小通道长度，增加掺杂浓度等。同时，工艺上的改进和模拟电路设计上的优化也可以降低通道长度调制效应对MOSFET性能的影响。

mos场效应晶体管的二级效应 2

mos场效应晶体管的二级效应

MOS场效应晶体管（Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect

Transistor，简称MOSFET）是一种重要的电子器件，常被用于集成电路中的开关、放大和稳压等功能。其工作原理基于半导体材料中电荷的移动，通过控制栅极电压和漏源电压，可以实现电流的控制和放大。

MOS场效应晶体管主要由栅极、漏极和源极三个电极组成，并通过薄氧化层（Oxide）隔离栅极与半导体材料。其中，栅极控制着MOSFET的电流，漏源之间的电压则决定了电流的大小。当栅极和源极之间的电压大于阈值电压时，MOSFET处于导通状态，电流可以从漏极流向源极；当栅极和源极之间的电压小于阈值电压时，MOSFET处于截止状态，电流无法通过。

在实际应用中，MOSFET存在着二级效应，即栅源电压（VGS）对栅极电流（IG）的影响。下面将从二次击穿效应和温度效应两个方面来探讨MOSFET的二级效应。

1. 二次击穿效应：

在高电压、高温和尺寸缩小等条件下，MOSFET的二次击穿效应会开始显现。这个效应主要通过电压应力引起的漏电流增加来体现，会导致器件的性能指标下降，包括电压饱和和电流漏失等。为了避免二次击穿效应，可以采取以下措施：

- 通过增加材料厚度或改变材料特性，提高耐压能力。

- 优化材料的结构，减小电场梯度，降低击穿概率。 - 采用低温退火等工艺，提高材料的结晶度和电子迁移率。

2. 温度效应：

MOSFET的工作温度对其性能有显著影响，特别是温度升高时，二级效应会更加明显。具体方面表现在以下几点：

- 阈值电压的变化。随着温度的升高，导致了载流子的增加，从而使得阈值电压降低。这会导致饱和控制区的面积减小，增加漏电流，进而影响MOSFET的工作状态。

- 漏电流的增加。温度升高会使得载流子的碰撞增加，从而导致漏电流的增加。这对于高精度和低功耗应用是一个重要的考虑因素。

- 电阻和电容的变化。由于温度对电导率和载流子浓度的影响，MOSFET的电阻和电容值都会发生变化。这会直接影响到开关速度、干扰特性和噪声性能等。