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场效应晶体管全面解析 (2)39页PPT文档

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23-场效应晶体管PPT模板

23-场效应晶体管PPT模板
6．场效应管和三极管都可组成各种放大电路和开关电 路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少、热稳定性好、 工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛应用于大规模和超 大规模集成电路中。
1.5 场效应管的使用注意事项
1．使用场效应管时要注意电压极性，电压和电流的数 值不能超过最大允许值。
2．为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电烙铁等 都必须有外接地线。焊接时用小功率烙铁，动作要迅速，或 切断电源后利用余热焊接。焊接时，应先焊源极，后焊栅极。
转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压UGS对漏 极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以，gm又称为 跨导，其定义为：
gm UIDGS（UDS为常数）
（2）输出特性曲线
输出特性曲线是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏 极电压UDS之间的关系曲线ID＝f（UDS）。它可分为三个区： 可变电阻区、恒流区和截止区。
电工电子技术
场效应晶体管*
场效应晶体管（FET）是一种利用输入回路的电场效应 来控制输出回路电流的半导体器件，属于电压控制器件。它 只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型三极管。它具 有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗 小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
根据结构不同，场效应管可分为结型场效应管（JFET） 和绝缘栅场效应管（MOS管）。由于MOS管的性能更优越， 发展更迅速，应用更广泛，因此，本节将仅介绍MOS管。
由于耗尽型MOS管自身能形成导电沟道，所以只要有 UDS存在，就会有ID产生。如果加上正的UGS，则吸引到反型 层中的电子增加，沟道加宽，ID增大。如果加上负的UGS，则 此电场将会削弱原来绝缘层中正离子的电场，使吸引到反型 层中的电子减少，沟道变窄，ID减小。若负UGS达到某一值， 则沟道中的电荷将耗尽，反型层消失，管子截止，此时的值 称为夹断电压UGS（off）或UP。

金属—氧化物—半导体场效应晶体管PPT课件

金属—氧化物—半导体场效应晶体管PPT课件

（6-22） 的关系称为MOS系统的电容—电压特性。
1 dVG dV0 d s
C dQM dQM dQM
（6-23）
若令
C0
d QM d V0
CS
dQM
d S
dQS
d S
（6-24） （6-25）
第15页/共76页
6.2 理想MOS电容器
则
1 1 1 C C0 CS
C0 =绝缘层单位面积上的电容，
半导体表面就存在表面势 S >0。因此，欲使能带平直，即除去功函数差所带来的影
响，就必须在金属电极上加一负电压。
VG1
' ms
m'
s'
（6-56）
S
这个电压一部分用来拉平二氧化硅的能带，一部分用来拉平半导体的能带，
使
第31页/共76页
6.4 实际MOS的电容—电压特性
第32页/共76页
6.4 实际MOS的电容—电压特性
6.4实际MOS的电容－电压特性
• 功函数差的影响
第30页/共76页
6.4 实际MOS的电容—电压特性
以铝电极和P型硅衬底为例。铝的功函数比型硅的小，前者的费米能级比 后者的高
。接q触m 前，q功S 函数差EFM EFS
由于功－函数的不＝同，－铝( —二氧化硅—P型)<硅0 MOS系统在没有外加偏压的时候，在
qNa
4kS 0 f
qNa
QB qNa xdm
总表面空间电荷
QS QI QB QI qNa xdm
QI
为反型层中单位面积下的可动电荷即沟道电荷：
QI
xI 0
qnI
x dx
（6-19） （6-20） （6-21）

MOS场效应晶体管的结构 工作原理幻灯片PPT

MOS场效应晶体管的结构 工作原理幻灯片PPT

B G
B
N沟道增强型MOSFET的符号
如左图所示。左面的一个衬底在内部
S
S
与源极相连，右面的一个没有连接，
使用时需要在外部连接。动画2-3
2 N沟道增强型MOSFET的工作原理
对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进展讨
论，一是栅源电压UGS对沟道会产生影响，二是漏源电压UDS也会对
2．漏源电压UDS的控制作用
设UGS＞UGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。
U DS
U G S＞ U G S (th )
ID
SG
预夹断
D
++ ++
S iO 2
N+
N+
P 型衬底
空穴 电子 正离子 负离子
显然漏源电压会对沟道产生影响，因 为源极和衬底相连接，所以参加UDS后， UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极 和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。 所以参加UDS后，在漏源之间会形成一个 倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。
I D/ m A
4 3 2 1
O 123
U th(on)
U DS 10V
4
U GS /V
N沟道增强型MOSFET的转移 特性曲线如左图所示，它是说明栅源
电压UGS对漏极电流ID的控制关系，
可用这个关系式来表达，这条特性曲 线称为转移特性曲线。
转移特性曲线的斜率gm反映了
栅源电压对漏极电流的控制作用。
当UGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。当UGS＞0时，将使ID进 一步增加。UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。 对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。

《场效应晶体管》课件

《场效应晶体管》课件

六、总结
FET的优点与缺点
总结FET的优点和限制，帮助 您全面了解这一器件。
发展前景和应用前景
展望FET在未来的发展前景， 并探讨其在各个领域的应用 前景。
拟定的改善方案
提出改善FET性能和应用的建 议和方案，促进该技术的进 一步发展。
二、结构和工作原理
FET的结构组成
了解FET的结构和组成对于理解其工作原理至关 重要。
FET的工作原理
详细介绍FET的工作原理，包括导通和截止状态 的转换。
N型和P型FET的区别
掌握不同类型FET之间的区别，并理解其不同的 工作原理。
灵敏度和增益
解释FET的灵敏度和增益，以及对电路性能的影 响。
三、特性参数
2
2. FET振荡器
探索FET作为交流放大器的应用，详细介绍FET振荡器的基本电路和简单振荡电路。
五、FET的变型
M O SFET
MOSFET是一种常见的FET变型， 具有优异的性能和应用范围。
JFET
JFET是另一种重要的FET变型，适 用于一些特定的电路和应用。
基于FET的新型器件
介绍一些基于FET技术的新型器 件，展示FET在未来的发展前景。
《场效应晶体管》PPT课 件
欢迎来到《场效应晶体管》的PPT课件！本课程将介绍场效应晶体管的概述、 结构、工作原理、特性参数、常见的电路以及FET的变型，通过详细的讲解和 实例演示，帮助您深入理解这一关键器件的原理和应用。
一、场效应晶体管概述
场效应晶体管是一种重要的半导体器件，广泛应用于电子领域。它具有独特 的优势和一定的限制，而且可以在各种应用场景中发挥重要作用。
典型的FET参数
介绍常见的FET参数，如漏极电 流、跨导和截止电压。

模拟电子技术经典教程-MOS场效应晶体管ppt课件

模拟电子技术经典教程-MOS场效应晶体管ppt课件
.
漏源电压对沟道的控制作用
当将沟出下随道使VV现延G向D沟SS=预伸变下道0,夹V，当附断逐化内D渐电断S近V”但，增D降当位S的。后I从继大低D分V基沟时，源续，G布本，S道当极源增=不漏不0被端V到大均,D电V最随S夹匀到夹继D流低SV，断使=断续ID，DS其0，增也V处时从增中G这增S加而，的-大d大V端称使而漏D沟时S。与耗为=上电道，V此尽栅“P升流时上时层夹极预，I由成，间沟断D夹趋楔=于的d道长0端形存于反电度分在压饱场会布沟最和。道基高自值电，本上。阻沿不向，着
VGS<0 ，使栅极PN 结反偏，iG=0。
VGS 0
VDS 0
VDS>0 ， 使 形 成 漏 电流iD。
问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？
.
栅源电压对沟道的控制作用
（动画2－9）
V漏G当间极S当沟继将V电道V续G形流GS将=减S成＜0为变时小多0零窄时，子时，，在沟的所IP漏道D漂N对将、继结移应减源续反运的小之变动偏栅。间窄，，源加，产形电有I生成D压继一漏耗V续定极尽GS减电电称层小压流为，直时。漏夹至，源断为在间电0漏的压。源V当P。
.
特性曲线
iD
IDSS (1
vGS VP
)2
vG DvG S-vD SVP
(a) N沟道结型FET (b) 输出特性曲线
.
(b) N沟道结型FET 转移特性曲线
各类场效应三极管的特性曲线
N
沟
绝 缘
道 增 强
栅型
场P
效沟
应道
管增
强
型
.
各类场效应三极管的特性曲线
N
沟
绝 缘
道 耗 尽
栅型
场P
效沟

《场效应晶体管》课件

《场效应晶体管》课件
压力
在制造过程中，压力也是一个重要的参数，它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度，从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数，不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成，时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中，气体流量是关键的参数之一， 它能够影响材料的生长速度和均匀性，从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三：场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果，理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四：场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸，提高集成度和能效比，同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术，如纳米线、纳米孔等新型器件结构，以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展，包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展，对场效应晶体管的性能要求也越来 越高，需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一：场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二：场效应晶体管放大电路的搭建与 测试

场效应晶体管及其应用资料课件

场效应晶体管及其应用资料课件

在模拟电路中的应用
信号放大
在模拟电路中，场效应管 可作为放大器使用，具有 低噪声、高输入阻抗等优 点。
混频器和振荡器
场效应管可用于构建混频 器和振荡器，用于信号处 理和通信系统。
电源管理
在电源电路中，场效应管 可用来调节电压和电流， 实现高效的电源管理。
在功率电路中的应用
电源开关
在功率电路中，场效应管可作为 电源开关使用，实现高效、快速
注入的均匀性和准确性。
设备选择
03
根据具体的制造工艺选择相应的设备，如氧化炉、光刻机、刻
蚀机和离子注入机等。
06
实际应用案例分析
场效应晶体管在微处理器中的应用
场效应晶体管在微处理器中作 为开关元件，控制电流的通断 。
由于其高速开关特性和低导通 电阻，场效应晶体管在微处理 器中能够实现高速、低功耗的 数据传输。
可靠性问题
随着使用时间的增长，场效应晶体管可能会出现老化、失效等问题 ，影响电子设备的稳定性和寿命。
能效问题
目前场效应晶体管的能效还有待提高，尤其是在低电压、低功耗的 应用场景下，需要进一步优化设计。
未来的发展趋势与前景
新材料与新工艺
绿色环保
随着新材料和先进工艺的发展，场效 应晶体管将不断优化，实现更高的性 能和更低的功耗。
结构
场效应晶体管由源极、漏极、栅极和基片组成，其中栅极通 过绝缘层与基片隔离，通过改变输入电压来控制输出电流。
02
场效应晶体管的性能参数
直流参数
开启电压
指场效应管正常工作所需的最 小电压，也称阈值电压。
漏源饱和电压
当漏极电流达到最大时，对应 的漏源电压称为漏源饱和电压 。
跨导
表示场效应管放大能力的参数 ，定义为电压变化量与电流变 化量的比值。

MOS场效应晶体管ppt课件

MOS场效应晶体管ppt课件
MOS 场效应晶体管基本结构示意图
16
2. MOS管的基本工作原理
MOS 场效应晶体管的工作原理示意图
17
4.2.2 MOS 场效应晶体管的转移特性
MOS 场效应晶体管可分为以下四种类型:N沟增强型、 N沟耗尽型、P沟增强型、P沟耗尽型。 1. N沟增强型MOS管及转移特性
18
2. N沟耗尽型MOS管及转移特性 3.P沟增强型MOS管及转移特性
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象 b) 耗尽现象 c) 反型现象
3
2.表面势与表面耗尽区 下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况 下更为详细的能带图。
4
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为
F
(Ei
EF )体内 q
因此，对于P型半导体， F
如图所示，当漏源电压UDS增高到某一值时，漏源电流 就会突然增大，输出特性曲线向上翘起而进入击穿区。 关于击穿原因，可用两种不同的击穿机理进行解释：漏 区与衬底之间PN结的雪崩击穿和漏-源之间的穿通。
41
1. 漏区-衬底之间的PN结击穿 在MOS晶体管结构中，栅极金属有一部分要覆盖在漏极上。 由于金属栅的电压一般低于漏区的电位，这就在金属栅极 与漏区之间形成附加电场，这个电场使栅极下面PN结的耗 尽区电场增大，如下图，因而使漏源耐压大大降低。
a) N 沟 MOS b) P 沟 MOS
29
3. 衬底杂质浓度的影响
衬底杂质浓度对阀值电压的影响
30
4. 功函数差的影响
功函数差也将随衬底杂质浓度的变化而变化。但实验证明， 该变化的范围并不大。 从阀值电压的表示式可知，功函数越大，阀值电压越高。 为降低阀值电压，应选择功函数差较低的材料，如掺杂多 晶体硅作栅电极。

MOS场效应晶体管的结构 工作原理-推荐精选PPT

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SG
D 反型层 从而形成一层负离子层，即耗尽层，用
++ ++
N+
N+
绿色的区域表示。
S iO 2
的 漏电 源子 之同电 间时荷 可效会， 形的在若 成当沟栅电 导U道极子电G，下S数沟较尽的量道小管表较。时加层多，感有，不生U从能D一S而形，定在成也有不
P型衬底
空穴
正离子 负离子
电 UD性S ，质沟就相道会反中能 刚 电有，的形 出 压漏称电成 现 ，极为子I时 用电反D和，U流。型PG对I当S层型D(t产h应增。衬)或生的加此底U。UU时的T动表GG若SS多称，示画加子为使。2上导开I-D4刚启
4.1 MOS场效应晶体管的结构、工作原理
场效应晶体管有二种结构形式： 1.绝缘栅型场效应晶体管 又分增强型和耗尽型二类 2.结型场效应晶体管----只有耗尽型
场效应晶体管在集成电路中被广泛使用，绝 缘栅场效应晶体管(MOSFET)分为增强型和耗尽 型两大类，每类中又有N沟道和P沟道之分。不象 双极型晶体管只有NPN和PNP两类，场效应晶体 管的种类要多一些。但是它们的工作原理基本相 同，所以下面以增强型N沟道场效应晶体管为例 来加以说明。
2．漏源电压UDS的控制作用
设UGS＞UGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。
显然漏源电压会对沟道产生影响，因
U DS
为源极和衬底相连接，所以加入UDS后，
U G S＞ U G S (th )
ID
UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极
同显绝刚M用O时然缘出氧S会 改 栅 现 化FE在变型时工T完栅U场，艺G全极效对生S相下应应成就同的三的一会S，表极层U改G只层管S变SiO不感M称沟+2O过生为道+薄GS导一开，F膜E电定启从绝T+的(的而缘+M载电影层et流子响a。l 电IDOD荷x，id，这e 若预说电明夹子U数G断S量对较ID多的和 所 倾，控从衬 以 斜制而作底 加 的在用漏。之 入P源N之间U结间D反可S区后形偏，成，导最从电在大沟而漏道，。影源P响N之沟结间道的会的宽形导度成电最一性大个。。
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估算法
场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是 由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件 有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时， 一定要注意自身特点。
▪ MOS管截止模式判断方法
截止条件
N沟道管：VGS < VGS(th) P沟道管：VGS > VGS(th)
▪ 非饱和与饱和（放大）模式判断方法
返回
➢ 3.1.2 N沟道EMOSFET沟道形成原理
• 假设VDS =0，讨论VGS作用
VGS
衬底表面层中 负离子、电子
形成空间电荷区 并与PN结相通
VDS =0
S -VGS + G
U
反型层
D
P+
N+
N+
P
VGS 开启电压VGS(th) 表面层 n>>p 形成N型导电沟道
VGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。 返回
VBE(on)
-
-
S
S
E
▪ 场效应管G、S之间开路 ，IG0。 三极管发射结由于正偏而导通，等效为VBE(on) 。
▪ FET输出端等效为压控电流源， ID受VGS控制。
三极管输出端等效为流控电流源，满足IC= IB 。
IC
C
IB
具体电路分析
小信号等效电路
3.5 场效应管电路的分析方法
场效应管电路分析方法与三极管电路分析方 法相似，可以采用估算法分析电路直流工作点； 采用小信号等效电路法分析电路动态指标。
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。 • 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。 • 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流）
一、场效应管的种类
按结构不同分为
绝缘栅型场效应管MOSFET N沟道
结型场效应管JFET P沟道
MOSFET
（按工作方式不同）
非饱和模式（需重新计算Q点） 放大模式
小信号等效电路法
场效应管小信号等效电路分法与三极管相似。
▪ 画交流通路 ▪ 将FET用小信号电路模型代替 ▪ 计算微变参数gm、rds ▪ 利用微变等效电路分析交流指标。
注：具体分析将在第四章中详细介绍。
返回
场效应管与三极管性能比较
项目 器件电极名称工 Nhomakorabea区VGS (V)
VGS(off )
VGS(th) VGS(th)
VGS(V)
N沟道：VDS > 0
P沟道：VDS < 0
增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。
耗尽型MOS管： VGS 取值任意。
结型FET管： VGS与VDS极性相反。
返回
3.3 场效应管的使用注意事项
由于MOS管COX很小，因此当带电物体（或人）靠近金 属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压 VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。
MOS管保护措施： 分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。
MOS集成电路：
D1 D2
T D1 D2一方面限制VGS间 最大电压，同时对感 生
电荷起旁路作用。
3.4 场效应管的等效电路
3.4.1 FET直流简化电路模型(与三极管相对照)
ID
IG0
DG
+
ID
D
IB
B
+
G
VGS ID(VGS )
3.2 场效应管的伏安特性曲线（以NEMOSFET为例）
ID
由于场效应管的栅极
电流为零，故不讨论输 入特性曲线。
共源组态特性曲线：
IG0 VG+-S
+
T VDS
-
输出特性：
ID= f ( VDS )
VGS = 常数
转移特性：
ID= f ( VGS )
VDS = 常数
转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，
假定MOS管工作在放大模式：
a)由直流通路写出管外电路VGS与ID之间关系式。 b)利用饱和区数学模型： ID C 2 O lW X(VGS VGS()t2h) c)联立解上述方程，选出合理的一组解。
d)判断电路工作模式：
若|VDS| < |VGS–VGS(th)| 若|VDS| > |VGS–VGS(th)|
结型FET管： VGS与VDS极性相反。
▪ 饱和区数学模型
MOSFET: ID C 2 O lW X(VGS VGS()t2h
JFET:
ID
I
DSS
1
VGS VGS(off)
2
几种FET管子的转移特性曲线比较:
ID(mA)
耗尽型
结型
增强型
耗尽型 ID(mA)
增强型
结型
VGS(off ) VGS(th) VGS(th)
N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
N沟道 增强型（EMOS） P沟道
沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指 以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道 指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
3.1 场效应管的工作原理
JFET与MOSFET工作原理相似，它们都 是利用电场效应来控制电流，即都是利用改变 栅源电压vGS，来改变导电沟道的宽度和高度， 从而改变沟道电阻，最终达到对漏极电流iD 的 控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原 理不同。(下面我们以N沟道JFET、N沟道增 强型为例进行分析）
它们之间可以相互转换。
NDMOSFET的特性曲线 NJFET的特性曲线
饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型
▪ VDS极性取决于沟道类型 N沟道：VDS > 0， P沟道：VDS < 0
▪ VGS极性取决于工作方式及沟道类型
增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。
耗尽型MOS管： VGS 取值任意。
主要内容
3.0 概述 3.1 场效应管的工作原理 3.2 场效应管特性曲线 3.3 场效应管的使用注意事项 3.4 场效应管的等效电路 3.5 场效应管电路的分析方法
3.0 概 述
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体 器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它 体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造 大规模集成电路的主要有源器件。
导输 电 入跨 类 电导 型阻
三 极 管
ebc 极极极
放 大 区
饱 和 区
双 极 小大 型
场效 应管
s gd 极极极
饱 和 区
非饱 和区
单 极 型
大小
下一章 放大原理
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