绝缘栅场效应管
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绝缘栅场效应管(IGFET)
绝缘栅场效应管(IGFE T) 的基本知识
1.增强型NMOS管
s：Source 源极，d：Drain 漏极，g：Gate 栅极，B：Base 衬底，在P型衬底扩散上2个N 区，P型表面加S i O2绝缘层，在N 区加铝线引出电极。
2.增强型PMOS管
在N型衬底上扩散上2个P 区，P型表面加S i O2绝缘层，在二个P 区加铝线引出电极。
PMOS与NMOS管的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同。
3.增强型NMOS管的工作原理
正常工作时外加电源电压的配置：
(1)V GS=0, V DS=0：漏源间是两个背靠背串联的PN结，所以d-s间不可能有电流流过，即i D≈0。
(2)当V GS＞0，V DS=0时：d-s之间便开始形成导电沟道。
开始形成导电沟道所需的最小电压称为开启电压V GS(th)(习惯上常表示为V T)。
沟道形成过程作如下解释：此时，在栅极与衬底之间产生一个垂直电场(方向为由栅极指向衬底)，它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层(反型层)使两个N 区沟通，形成N型导电沟道。
如果，此时再加上V DS电压，将会产生漏极电流i D。
当V GS＝0时没有导电沟道，而当V GS增强到＞V T时才形成沟道，所以称为增强
型MOS管。
并且V GS越大，感应电子层越厚，导电沟道越厚，等效沟道电阻越小，i D越大。
(3)当V GS>VT，V DS>0后， 漏-源电压V DS产生横向电场：由于沟道电阻的存在，i D沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布。
近s端电压差较
高，为V GS；近d端电压差较低，为V GD＝V GS-V DS，所以沟道的形状呈楔形分布。
1)当V DS较小时：V DS对导电沟道的影响不大，沟道主要受V GS控制，所以V GS为定值时，沟道电阻保持不变，i D随V DS增加而线性增加。
此时，栅漏间的电压大于开启电压，沟道尚未夹断，。
2)当V DS增加到V GS-V DS＝V T时(即V DS＝V GS-V T)：栅漏电压为开启电压时，漏极端的感应层消失，沟道被夹断，称为“预夹断”。
3)当V DS再增加时(即V DS＞V GS-V T或V GD=V GS-V DS<V T)：i D将不再增加而基本保持不变。
因为V DS再增加时，近漏端上的预夹断点向s极延伸，使V DS的增加部分
降落在预夹断区，以维持i D的大小，。
伏安特性与电流方程：
(1) 增强型NMOS管的转移特性：在一定V DS下，栅-源电压V GS与漏极电流i D之间的关系：
I DO是V GS=2V T时的漏极电流。
(2) 输出特性(漏极特性)
表示漏极电流i D漏-源电压V DS之间的关系：。
与三极管的特性相似，也可分为3个区：可变电阻区，放大区(恒流区、饱和区)， 截止区(夹断区)。
可变电阻区管子导通，但沟道尚未预夹断，即满足的条件为：。
在可变电阻区i D仅受V GS的控制，而且随V DS增大而线性增大。
可模拟为受V GS控制的压控电阻R DS，。
放大区(沟道被预夹断后)，又称恒流区、饱和区。
条件是：。
特征是i D主要受V GS控制，与V DS几乎无关，表现为较好的恒流特性。
夹断区又称截止区，管子没有导电沟道( V GS＜V T )时的状态，。
4.耗尽型NMOS管
在制造过程中，人为地在栅极下方的S i O2绝缘层中埋入了大量的K (钾)或Na (钠)等正离子 ；V GS=0，靠正离子作用，使P型衬底表面感应出N型反型层，将两个N 区连通，形成原始的N型导电沟道；V DS一定，外加正栅压(V GS＞0)，导电沟道变厚，沟道等效电阻下降，漏极电流i D增大；外加负栅压V GS＜0)时，沟道变薄，沟道电阻增大，i D减小；V GS负到某一定值V GS(of f)(常以V P表示，称为夹断电压)，导电沟道消失，整个沟道被夹断，i D≈0，管子截止 。
耗尽型NMOS的伏安特性：
放大区的电流方程：，I DSS为饱和漏极电流，是V GS=0时耗尽型MOS管的漏极电流。
二、结型场效应管(JFE T)
结构与符号：
在N区两侧扩散两个P＋区，形成两个PN结。
两个P＋区相连，引出栅极g。
N体的上下两端分别引出漏极d和源极s。
导电原理：
(1)V GS＝0时，N型棒体导电沟道最宽(N型区)。
有了V DS后，沟道中的电流最大。
(2)V GS＜0时，耗尽层加宽(主要向沟道一测加宽)，并向沟道中间延伸，沟道变窄。
当V GS＜V P(称为夹断电压)时，二个耗尽层增大到相遇，沟道消失，这时称沟道夹断，沟道中的载流子被耗尽。
若有V DS电压时，沟道电流也为零。
所以属于耗尽型FET，原理和特性与耗尽型MOSFET相似。
所不同的是JFET正常工作时，两个PN结必须反偏，如对N沟道JFET，要求V GS≤0。
加上负V GS电压和V DS电压以后，V GD的负压比V GS大，所以，二个反偏PN结的空间电荷区变得上宽下窄，使沟道形成楔形。
JFET通过V GS改变半导体内耗尽层厚度(沟道的截面积)控制i D，称为体内场效应器件；MOSFET主要通过改变衬底表层沟道的厚度来控制i D，称为表面场效应器件。
JFET的伏安特性(以N沟道JFET为例)：伏安特性曲线和电流方程与耗尽型MOSFET相似。
但V GS必定要反向偏置。
三、场效应管的主要参数
1.直流参数
开启电压V T：增强型管的参数；夹断电压V P：耗尽型管的参数；饱和漏极电流I DSS：指耗尽型管在V GS=0时的漏极电流；输入电阻 R GS(DC)：因i G=0，所以输入电阻很大。
JFET大于107Ω，MOS管大于1012Ω。
2.交流参数
低频跨导(互导)g m：，跨导g m反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，且与工作点有关，是转移特性曲线上过Q点切线的斜率。
g m的单位
是mS；交流输出电阻r ds：，r ds反映了漏源电压对漏极电流的影响程度，在恒流区内，是输出特性曲线上过Q点的切线斜率的倒数。
其值一般为若几十kΩ。
3.极限参数
最大漏-源电压V(BR)DS：漏极附近发生雪崩击穿时的V DS；最大栅-源电压V(BR)GS：栅极与源极间PN结的反向击穿电压；最大耗散功率P DM：同三极管的P CM相似，当超过P DM时，管子可能烧坏。
