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場(chǎng)效應(yīng)管工作原理動(dòng)畫(huà)在線視頻-場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與符號(hào)等詳解-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2018-11-09 

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場(chǎng)效應(yīng)管工作原理動(dòng)畫(huà)


場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)介

場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET))簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。主要有兩種類型(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(metal-oxide semiconductor FET,簡(jiǎn)稱MOS-FET)。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高(107~1015Ω)、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。

場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件,并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。


場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

場(chǎng)效應(yīng)管工作原理用一句話說(shuō),就是“漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID,用以柵極與溝道間的pn結(jié)形成的反偏的柵極電壓控制ID”。更正確地說(shuō),ID流經(jīng)通路的寬度,即溝道截面積,它是由pn結(jié)反偏的變化,產(chǎn)生耗盡層擴(kuò)展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區(qū)域,表示的過(guò)渡層的擴(kuò)展因?yàn)椴缓艽?,根?jù)漏極-源極間所加VDS的電場(chǎng),源極區(qū)域的某些電子被漏極拉去,即從漏極向源極有電流ID流動(dòng)。從門(mén)極向漏極擴(kuò)展的過(guò)度層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型,ID飽和。將這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過(guò)渡層將溝道的一部分阻擋,并不是電流被切斷。

在過(guò)渡層由于沒(méi)有電子、空穴的自由移動(dòng),在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性,通常電流也難流動(dòng)。但是此時(shí)漏極-源極間的電場(chǎng),實(shí)際上是兩個(gè)過(guò)渡層接觸漏極與門(mén)極下部附近,由于漂移電場(chǎng)拉去的高速電子通過(guò)過(guò)渡層。因漂移電場(chǎng)的強(qiáng)度幾乎不變產(chǎn)生ID的飽和現(xiàn)象。其次,VGS向負(fù)的方向變化,讓VGS=VGS(off),此時(shí)過(guò)渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDS的電場(chǎng)大部分加到過(guò)渡層上,將電子拉向漂移方向的電場(chǎng),只有靠近源極的很短部分,這更使電流不能流通。


MOS場(chǎng)效應(yīng)管電源開(kāi)關(guān)電路

MOS場(chǎng)效應(yīng)管也被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種。增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型也叫P溝道型。對(duì)于N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,同樣對(duì)于P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。場(chǎng)效應(yīng)管的輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場(chǎng))控制,可以認(rèn)為輸入電流極小或沒(méi)有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。

在二極管加上正向電壓(P端接正極,N端接負(fù)極)時(shí),二極管導(dǎo)通,其PN結(jié)有電流通過(guò)。這是因?yàn)樵赑型半導(dǎo)體端為正電壓時(shí),N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端,而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N型半導(dǎo)體端運(yùn)動(dòng),從而形成導(dǎo)通電流。同理,當(dāng)二極管加上反向電壓(P端接負(fù)極,N端接正極)時(shí),這時(shí)在P型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓,正電子被聚集在P型半導(dǎo)體端,負(fù)電子則聚集在N型半導(dǎo)體端,電子不移動(dòng),其PN結(jié)沒(méi)有電流通過(guò),二極管截止。在柵極沒(méi)有電壓時(shí),由前面分析可知,在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過(guò),此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)有一個(gè)正電壓加在N溝道的MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極上時(shí),由于電場(chǎng)的作用,此時(shí)N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來(lái)而涌向柵極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導(dǎo)體,從而形成電流,使源極和漏極之間導(dǎo)通。可以想像為兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由柵壓的大小決定。


C-MOS場(chǎng)效應(yīng)管(增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)

電路將一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時(shí),P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時(shí),N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源地接通。在該電路中,P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時(shí)由于漏電流的影響,使得柵壓在還沒(méi)有到0V,通常在柵極電壓小于1到2V時(shí),MOS場(chǎng)效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因?yàn)槿绱?,使得該電路不?huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路。


場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與符號(hào)

MOS管,在一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上,用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū),并用金屬鋁引出兩個(gè)電極,分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅(Si02)絕緣層膜,在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極,作為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道(NPN型)增強(qiáng)型MOS管。顯然它的柵極和其它電極間是絕緣的。下圖所示分別是它的結(jié)構(gòu)圖和代表符號(hào)。

場(chǎng)效應(yīng)管工作原理動(dòng)畫(huà)

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體硅襯底上,用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū),及上述相同的柵極制作過(guò)程,就制成為一個(gè)P溝道(PNP型)增強(qiáng)型MOS管。如上圖所示分別是P溝道MOS管道結(jié)構(gòu)圖和代表符號(hào)。

N溝道MOS管的符號(hào),圖中D是漏極,S是源極,G是柵極,中間的箭頭表示襯底,如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管,箭頭向外表示是P溝道的MOS管。

場(chǎng)效應(yīng)管工作原理動(dòng)畫(huà)

在實(shí)際MOS管生產(chǎn)的過(guò)程中襯底在出廠前就和源極連接,所以在符號(hào)的規(guī)則中;表示襯底的箭頭也必須和源極相連接,以區(qū)別漏極和源極。上圖是P溝道MOS管的符號(hào)。

大功率MOS管應(yīng)用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同,N溝道的類似NPN晶體三極管,漏極D接正極,源極S接負(fù)極,柵極G正電壓時(shí)導(dǎo)電溝道建立,N溝道MOS管開(kāi)始工作,如下圖所示。同樣P道的類似PNP晶體三極管,漏極D接負(fù)極,源極S接正極,柵極G負(fù)電壓時(shí),導(dǎo)電溝道建立,P溝道MOS管開(kāi)始工作,如下圖所示。

場(chǎng)效應(yīng)管工作原理動(dòng)畫(huà)



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