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场效应管种类-场效应管N、P沟道与增强、耗尽型工作原理等知识详(2)

来源:原创/投稿/转载 发布时间:2019-09-12

  设vGS值固定,且VP随着vDS的进一步增加,靠近漏极一端的P+N结上承受的反向电压增大,这里的耗尽层相应变宽,沟道电阻相应增加,iD随vDS上升的速度趋缓。当vDS增加到vDS=vGS-VP,即vGD=vGS -vDS=VP(夹断电压)时,漏极附近的耗尽层即在A点处合拢,如图2(b)所示,这种状态称为预夹断。与前面讲过的整个沟道全被夹断不同,预夹断后,漏极电流iD≠0。

  因为这时沟道仍然存在,沟道内的电场仍能使多数载流子(电子)作漂移运动,并被强电场拉向漏极。若vDS继续增加,使 vDS>vGS-VP,即vGD<VP时,耗尽层合拢部分会有增加,即自A点向源极方向延伸,如图2(c),夹断区的电阻越来越大,但漏极电流iD却基本 上趋于饱和,iD不随vDS的增加而增加。因为这时夹断区电阻很大,vDS的增加量主要降落在夹断区电阻上,沟道电场强度增加不多,因而iD基本不变。但 当vDS增加到大于某一极限值(用V(BR)DS表示)后,漏极一端P+N结上反向电压将使P+N结发生雪崩击穿,iD会急剧增加,正常工作时vDS不能超过V(BR)DS。

  ① 结型场效应管栅极与沟道之间的P+N结是反向偏置的,因此,栅极电流iG≈0,输入阻抗很高。

  ③ 预夹断前,即vDS较小时,iD与vDS间基本呈线性关系;预夹断后,iD趋于饱和。P沟道结型场效应管工作时,电源的极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。

  绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管的种类较多,有PMOS、NMOS和VMOS功率管等,但目前应用最多的是MOS管。MOS绝缘栅场效应管也即金属一氧化物一半导体场效应管,通常用MOS表示,简称作MOS管。它具有比结型场效应管更高的输入阻抗(可达1012Ω以上),并且制造工艺比较简单,使用灵活方便,非常有利于高度集成化。

  MOS场效应三极管分为:增强型(又有N沟道、P沟道之分)及耗尽型(分有N沟道、P沟道)。N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号见图1。其中:电极 D(Drain) 称为漏极,相当双极型三极管的集电极;

  所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,通过栅极和衬底间形成的电容电场作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的多子空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层;同时将吸引其中的少子向表层运动,但数量有限,不足以形成导电沟道,将漏极和源极沟通,所以仍然不足以形成漏极电流ID。

  进一步增加VGS,当VGS>VGS(th)时( VGS(th)称为开启电压),由于此时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。随着VGS的继续增加,ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,所以,这种MOS管称为增强型MOS管。VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(VGS(th))VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线,如下图

  N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极(漏极D、源极S)。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表示。栅源电压VGS的控制作用:当VGS=0 V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。

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