結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管-詳解結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)、分類及工作原理-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-03
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在一塊N型半導(dǎo)體材料的兩邊各擴(kuò)散一個(gè)高雜質(zhì)濃度的P+區(qū),就形成兩個(gè)不對(duì)稱的P+N結(jié)，即耗盡層。把兩 個(gè)P+區(qū)并聯(lián)在一起，引出一個(gè)電極g，稱為柵極，在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為源極s和漏極d。它們分別與三極管的基極b、發(fā)射極e和集電極c相對(duì)應(yīng)。夾在兩個(gè)P+N結(jié)中間的N區(qū)是電流的通道，稱為導(dǎo)電溝道（簡(jiǎn)稱溝道）。這種結(jié)構(gòu)的管子稱為N溝道和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，它在電路中用下圖所示的符號(hào)表示，柵極上的箭頭表示柵-源極間的P+N結(jié)正向偏置時(shí)，柵極電流的方向（由P區(qū)指向N區(qū)）。
N溝道和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理完全相同，現(xiàn)以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，分析其工作原理。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，需要外加如圖1所示的偏置電壓（鼠標(biāo)單擊圖1中“結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理”)，即在柵-源極間加一負(fù)電壓(vGS＜0)，使柵-源極間的P+N結(jié)反偏，柵極電流iG≈0，場(chǎng)效應(yīng)管呈現(xiàn)很高的輸入電阻(高達(dá)108W左右)。在漏-源極間加一正電壓 (vDS＞0)，使N溝道中的多數(shù)載流子電子在電場(chǎng)作用下由源極向漏極作漂移運(yùn)動(dòng)，形成漏極電流iD。iD的大小主要受柵-源電壓vGS控制，同時(shí)也受漏 -源電壓vDS的影響。因此，討論場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理就是討論柵-源電壓vGS對(duì)溝道電阻及漏極電流iD的控制作用，以及漏-源電壓vDS對(duì)漏極電流iD 的影響。
（1）柵極電壓VGS對(duì)iD的控制作用
為便于討論，先假設(shè)漏-源極間所加的電壓vDS=0。當(dāng)柵-源電壓vGS=0時(shí)，溝道較寬，其電阻較小，如圖1(a)所示。當(dāng)vGS<0，且其大小增加時(shí)，在這個(gè)反偏電壓的作用下，兩個(gè)P+N結(jié)耗盡層將加寬。由于N區(qū)摻雜濃度小于P+區(qū)，因此，隨著|vGS| 的增加，耗盡層將主要向N溝道中擴(kuò)展，使溝道變窄，溝道電阻增大，如圖1(b)所示。當(dāng)|vGS|進(jìn)一步增大到一定值|VP| 時(shí)，兩側(cè)的耗盡層將在溝道中央合攏，溝道全部被夾斷，如圖1(c)所示。由于耗盡層中沒(méi)有載流子，因此這時(shí)漏-源極間的電阻將趨于無(wú)窮大，即使加上一定的 電壓vDS，漏極電流iD也將為零。這時(shí)的柵-源電壓稱為夾斷電壓，用VP表示。上述分析表明，改變柵源電壓vGS的大小，可以有效地控制溝道電阻的大小。若同時(shí)在漏源-極間加上固定的正向電壓vDS，則漏極電流iD將受vGS的控制，|vGS|增大時(shí)，溝道電阻增大，iD減小。上述效應(yīng)也可以看作是柵 -源極間的偏置電壓在溝道兩邊建立了電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小控制了溝道的寬度，即控制了溝道電阻的大小，從而控制了漏極電流iD的大小。
（2）漏電電壓VDS對(duì)iD的影響
設(shè)vGS值固定，且VP
隨著vDS的進(jìn)一步增加，靠近漏極一端的P+N結(jié)上承受的反向電壓增大，這里的耗盡層相應(yīng)變寬，溝道電阻相應(yīng)增加，iD隨vDS上升的速度趨緩。當(dāng)vDS增加到vDS=vGS-VP，即vGD=vGS -vDS=VP(夾斷電壓)時(shí)，漏極附近的耗盡層即在A點(diǎn)處合攏，如圖2(b)所示，這種狀態(tài)稱為預(yù)夾斷。與前面講過(guò)的整個(gè)溝道全被夾斷不同，預(yù)夾斷后，漏極電流iD≠0。因?yàn)檫@時(shí)溝道仍然存在，溝道內(nèi)的電場(chǎng)仍能使多數(shù)載流子(電子)作漂移運(yùn)動(dòng)，并被強(qiáng)電場(chǎng)拉向漏極。若vDS繼續(xù)增加，使 vDS＞vGS－VP,即vGD＜VP時(shí)，耗盡層合攏部分會(huì)有增加，即自A點(diǎn)向源極方向延伸，如圖2(c)，夾斷區(qū)的電阻越來(lái)越大，但漏極電流iD卻基本 上趨于飽和，iD不隨vDS的增加而增加。因?yàn)檫@時(shí)夾斷區(qū)電阻很大，vDS的增加量主要降落在夾斷區(qū)電阻上，溝道電場(chǎng)強(qiáng)度增加不多，因而iD基本不變。但 當(dāng)vDS增加到大于某一極限值(用V(BR)DS表示)后，漏極一端P+N結(jié)上反向電壓將使P+N結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，iD會(huì)急劇增加，正常工作時(shí)vDS不能超過(guò)V(BR)DS。
（3）從結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)的原理可知：
① 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵極與溝道之間的P+N結(jié)是反向偏置的，因此，柵極電流iG≈0，輸入阻抗很高。
② 漏極電流受柵-源電壓vGS控制，所以場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件。
③ 預(yù)夾斷前，即vDS較小時(shí)，iD與vDS間基本呈線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，電源的極性與N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電源極性相反。
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