半导体技术知识-半导体元器件FET场效应管分类及其技术详解

作为和双极型晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)三极管(guan)(guan)对应的一种单极型晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)就(jiu)是FET场效应管(guan)(guan)，所谓的场效应就(jiu)是利用(yong)电(dian)场的效应来控制器件(jian)导通。这里(li)场效应管(guan)(guan)也有(you)几种分类：

半导体,场效应管

JFET伏安特性曲线

半导体,场效应管

过程分析：

1、VDS不(bu)变，随着GS电(dian)压反向增大(da)(da)时(shi)，PN之间的(de)耗尽层增大(da)(da)，意思是由于(yu)电(dian)场作(zuo)用导致P区(qu)边缘聚集更多空穴(xue)，这(zhei)样中间的(de)沟道(dao)越来(lai)越小，最(zui)后沟道(dao)被夹断。这(zhei)个过程中DS之间的(de)电(dian)阻越来(lai)越大(da)(da)，实(shi)际上是一个受控于(yu)VGS的(de)可变电(dian)阻。

2、VGS不变，随(sui)着VDS电压增(zeng)大，电流通过沟道(dao)，这样也导致(zhi)沿着沟道(dao)有电位梯(ti)度差，就是(shi)(shi)(shi)每个点(dian)的(de)VGS不一样了(le)。这样形成的(de)沟道(dao)宽度每个点(dian)都不一样。因此，VDS增(zeng)大同时又会(hui)导致(zhi)沟道(dao)变窄，阻碍电流，但是(shi)(shi)(shi)一定范围内，VDS还是(shi)(shi)(shi)以增(zeng)大电流为主。

VDS继续增(zeng)大(da)(da)，当沟(gou)道(dao)开(kai)始夹断(duan)时，夹断(duan)区域随着VDS增(zeng)大(da)(da)沿着沟(gou)道(dao)不(bu)断(duan)扩大(da)(da)，这个(ge)时候(hou)，VDS对(dui)电流的推动(dong)作用(yong)和(he)随之(zhi)变(bian)大(da)(da)的DS之(zhi)间电阻(zu)对(dui)电流的阻(zu)碍作用(yong)基(ji)本(ben)抵消，漏电流处于饱和(he)状态(tai)，直到(dao)沟(gou)道(dao)完全(quan)夹断(duan)。

沟道完全(quan)夹断(duan)后(hou)，电(dian)压继续增大，漏(lou)电(dian)流也会增大，最终击(ji)穿损坏。如上面图中的特(te)性曲线所示：

半导体,场效应管

3、如上分析：在(zai)夹断(duan)之前(qian)为(wei)可变电(dian)(dian)阻区(qu)(qu)(qu)（放大区(qu)(qu)(qu)），夹断(duan)中为(wei)恒流区(qu)(qu)(qu)（饱和区(qu)(qu)(qu)），VGS小于(yu)开(kai)启电(dian)(dian)压时关(guan)断(duan)（截止(zhi)区(qu)(qu)(qu)）。

可(ke)以(yi)知道(dao)VGS越大(da)，VDS的(de)开始夹断电(dian)压(ya)就(jiu)越小，因为(wei)反向的(de)VGS本来(lai)就(jiu)是形(xing)成耗(hao)尽层(ceng)的(de)电(dian)压(ya)动力(li)。和不断增(zeng)大(da)的(de)VDS同向。

JFET的特性

1、沟道(dao)在半(ban)导体内部，噪声极小。知道(dao)这(zhei)一点就(jiu)够了，看一些精(jing)密运放(fang)设计就(jiu)明白(bai)了所谓(wei)的前(qian)级输入为JFET的优(you)势。

为了(le)进一(yi)步提高(gao)输(shu)入阻抗，输(shu)入级栅极采用(yong)了(le)Sio2和铝。这样完全绝缘可以(yi)使(shi)得(de)输(shu)入阻抗高(gao)达10的15次(ci)方欧(ou)姆，这样功耗也(ye)会更低(di)。

半导体,场效应管

NMOS的结构(gou)就(jiu)是在P型衬底(di)上扩散形成两个N型区，这样在表面形成导(dao)电(dian)沟道。MOS管里所有的PN结必须保(bao)证反偏(pian)，因此，在以P型为衬底(di)的NMOS管结构(gou)中(zhong)，衬底(di)接地GND，而PMOS的衬底(di)必须接电(dian)源VCC。

半导体,场效应管

过程分析：

1、类(lei)似(si)于上面(mian)的JFET，VGS正向增(zeng)大时(shi)(shi)，VGS>VTH, 在Sio2表面(mian)开始聚集电(dian)子，逐(zhu)渐形(xing)(xing)成N型的沟(gou)(gou)道。这时(shi)(shi)MOS管(guan)类(lei)似(si)一个受控于VGS的可变电(dian)阻.VDS=0时(shi)(shi)形(xing)(xing)成的是电(dian)位均匀的导(dao)电(dian)沟(gou)(gou)道。

半导体,场效应管

2、当(dang)VGS>VTH，且VDS

半导体,场效应管

3、当VGS>VTH，且VDS>VGS-VTH时(shi),这时(shi)由(you)于VDS过大，造成靠(kao)近D端的(de)沟(gou)道(dao)开始(shi)被夹断了，因(yin)为VGS和VDS在沟(gou)道(dao)上(shang)的(de)电场作(zuo)用(yong)是相反的(de)。夹断点慢(man)慢(man)右移(yi)，参考JFET沟(gou)道(dao)，此时(shi)电流基本恒定，处于饱和区。

半导体,场效应管

4、VDS继(ji)续增大的话就会(hui)造成MOS管(guan)击穿(chuan)，MOS的击穿(chuan)有几种可能：

（1）VDS足够大(da)，漏(lou)极D和衬底之间(jian)的反偏二极管雪崩击穿。

（2）DS之(zhi)间击(ji)穿(chuan)，穿(chuan)通击(ji)穿(chuan)。

（3）最容易击穿的是栅极，很薄的Sio2层，因此(ci)必须加以保护，不使用(yong)时接电位处理。

耗(hao)尽(jin)型MOS：

耗尽(jin)型MOS的特(te)点就(jiu)(jiu)是VGS为负(fu)压时导通，实际应用中太少，就(jiu)(jiu)不说了。

MOS管放大(da)电(dian)路：

MOS管(guan)的放大(da)电路参考与三极(ji)管(guan)，同样(yang)也(ye)分(fen)为共(gong)(gong)源极(ji)、共(gong)(gong)栅极(ji)、共(gong)(gong)漏极(ji)放大(da)器。然(ran)后提(ti)供(gong)偏压让(rang)MOS管(guan)工作(zuo)在线性区(qu)。

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