第4章 MOS场效应晶体管

第四节
场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 （Field Effect Transistor）。
绝缘栅场效应管
结型场效应管
一、绝缘栅场效应管
第四节
绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效 应管，简称MOS管。
MOS 管按 工作 方式 分类
增强型MOS管 N沟道 P沟道 耗尽型MOS管 N沟道 P沟道
（1）感生沟道的形成 栅极和源极之间加正向电压
在电场的作用下，可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥 掉，形成空间电荷区。
当uGS增加到某一临界电压(UT)值时，吸引足够多的电子，在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。
开应的始电形子成越反型多，层沟铝的道uG就S称S越为iO宽开2。启电压(衬 PU型T底)。硅uGS越高，空电穴场越强，感
第四节
（2）直流输入电阻RGS
在 uDS=0 的 条 件 下，栅极与源 极之间加一定 直流电压时， 栅源极间的直 流 电 阻 。 RGS 的 值很大，一般
大于 109Ω。
2.交流参数
第四节
（1）跨导gm
定义：当uDS一定时，漏极电流变化量与引起这一变化的栅源 电压变化量之比，即
gm相当于转移特性的斜率，反映了场效应管的放大能力。 它可以从输出特性上求出，或根据转移特性的表达式求导 数得到。
自由电子
uGS
uGS
g
g
耗尽区
b
b
受主离子
反型层 耗尽区
（2）栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用
第四节
在栅源电压uGS=0时，没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结，其中一个为反向偏置，只能流过很小的反向饱和电流，

F S
1 界面附近的固定正电荷 大致分布在近界面100埃的范围内，通常单位面积 上固定正电荷的数目约为1011~1012／cm2 ；不能进 行充放电。 固定正电荷起源于过量的硅正离子，或称氧空位。
• • • •
通过调节工艺条件来控制固定正电荷的多少。 氧化温度越低，固定正电荷密度越大。 在氮或氢中高温退火，可以降低固定正电荷密度。 对于不同晶向的硅单晶，SiO2中固定正电荷数目不同， （111）晶向固定正电荷密度最大，(110)晶向其次， (100)晶向最小。 2．Si-SiO2界面态 • 在硅和二氧化硅的交界处存在着界面态 • 界面态与真实表面的内表面态很相似，它们可以是施 主型的，也可以是受主型的。 • 其能级位置处于半导体的禁带中，几乎是连续分布的。
1.理想表面：表面的硅原子只与体内的硅原子形 成共价键，在表面无原子与之成键，形成“悬 挂键”。
• 价键的不完整性会形成一些可以容纳电子的能量状态， 即受主能级也可称为表面能级或表面态。 • 清洁表面的表面能级位置在半导体禁带中靠近价带顶 的地方。 • 是一系列靠得很近、接近于连续的能级。
• 实验表明，对于硅的清洁表面，当表面电中性 ( E ) 时 约比价带顶高0.3eV，表面能级密度约为1014~1015／ cm2。用不同方法获得的清洁表面具有略为不同的表面 费米能级。 2．真实表面：因在硅表面上覆盖了一层二氧化硅层，使 硅表面的悬挂键大部分被二氧化硅的氧原子所饱和， 表面态密度就大大降低，表面态密度约为1011~1013／ cm2。 二． 硅--二氧化硅界面结构 用热生长的方法或化学气相淀积的方法均可在硅表面 上生长一层厚度可以人为控制的二氧化硅层，这种氧化 层与体内硅之间形成的SiO2—Si界面成为区别于理想表面 及真实表面的第三种表面。

第四章 场效应管基本放大电路4-1 选择填空1．场效应晶体管是用_______控制漏极电流的.a 。

栅源电流b 。

栅源电压c 。

漏源电流d 。

漏源电压 2．结型场效应管发生预夹断后，管子________。

a 。

关断b 。

进入恒流区c 。

进入饱和区 d. 可变电阻区 3．场效应管的低频跨导g m 是________.a. 常数 b 。

不是常数 c. 栅源电压有关 d. 栅源电压无关 4。

场效应管靠__________导电.a 。

一种载流子b 。

两种载流子 c. 电子 d. 空穴 5。

增强型PMOS 管的开启电压__________。

a. 大于零 b 。

小于零 c. 等于零 d. 或大于零或小于零 6. 增强型NMOS 管的开启电压__________。

a. 大于零b. 小于零 c 。

等于零 d. 或大于零或小于零 7. 只有__________场效应管才能采取自偏压电路。

a. 增强型b. 耗尽型 c 。

结型 d 。

增强型和耗尽型 8. 分压式电路中的栅极电阻R G 一般阻值很大,目的是__________。

a 。

设置合适的静态工作点b 。

减小栅极电流c. 提高电路的电压放大倍数 d 。

提高电路的输入电阻 9. 源极跟随器(共漏极放大器)的输出电阻与___________有关。

a. 管子跨导g m b 。

源极电阻R S c. 管子跨导g m 和源极电阻R S 10。

某场效应管的I DSS 为6mA ，而I DQ 自漏极流出，大小为8mA ，则该管是_______.a 。

P 沟道结型管b 。

N 沟道结型管c 。

增强型PMOS 管d 。

耗尽型PMOS 管e 。

增强型NMOS 管 f. 耗尽型NMOS 管解答：1。

b 2。

b 3.b ，c 4. a 5.b 6.a 7。

b,c 8。

d 9.c 10。

d4-2 已知题4—2图所示中各场效应管工作在恒流区,请将管子类型、电源V DD 的极性（+、—)、u GS 的极性（>0，≥0，〈0,≤0，任意）分别填写在表格中。

ID
IDSS(1源自U GS U GS(off)
)
2
3. 结型场效应管
结型场效应管的特性和耗尽型绝 缘栅场效应管类似。图4-7 a)、 b) 分别为Ｎ沟道和Ｐ沟道的结型场效 应管图形符号。
图4-7
使用结型场效应管时，应使栅极与源极间加反偏电压，漏 极与源极间加正向电压。对于Ｎ沟道的管子来说，栅源电压应 为负值，漏源电压为正值。
图4-1
（1）工作原理
增强型MOS管的源区(N+)、衬底(P型)和漏区(N+)三者之 间形成了两个背靠背的PN+结，漏区和源区被P型衬底隔开。
当栅-源之间的电压 uGS 0时，不管漏源之间的电源VDD 极 性如何，总有一个PN+结反向偏置，此时反向电阻很高，不能 形成导电通道。
若栅极悬空，即使漏源之间加上电压 uDS，也不会产生漏 极电流 iD ，MOS管处于截止状态。
2) 输出特性曲线 I D f (U DS ) UGS常数
图4-4b)是N沟道增强型MOS管的输出特性曲线，输出特性曲 线可分为下列几个区域。
① 可变电阻区
uDS很小时，可不考虑 uDS 对沟道的影响。于是 uGS一 定时，沟道电阻也一定， 故 iD 与 uDS 之间基本上是 线性关系。
uGS 越大，沟道电阻越
的变化而变化，iD 已趋于饱和， 具有恒流性质。所以这个区域 又称饱和区。
③ 截止区
uGS UGS(th)时以下的区域。
（夹断区）
当uDS增大一定值以后，漏源之间会发生击穿，漏极电流 iD急剧增大。
2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构
上述的增强型绝缘栅场效应管只有当 uGS U GS(th) 时才能形成导电沟道，如果在制造时就使它具有一个原始 导电沟道，这种绝缘栅场效应管称为耗尽型。