半導(dǎo)體技術(shù)知識(shí)-半導(dǎo)體元器件FET場效應(yīng)管分類詳解

作為和雙極型晶體管三極管對應(yīng)的一種單極型晶體管就是FET場效應(yīng)管，所謂的場效應(yīng)就是利用電場的效應(yīng)來控制器件導(dǎo)通。這里場效應(yīng)管也有幾種分類：

JFET伏安特性曲線

過程分析：

1、VDS不變，隨著GS電壓反向增大時(shí)，PN之間的耗盡層增大，意思是由于電場作用導(dǎo)致P區(qū)邊緣聚集更多空穴，這樣中間的溝道越來越小，最后溝道被夾斷。這個(gè)過程中DS之間的電阻越來越大，實(shí)際上是一個(gè)受控于VGS的可變電阻。

2、VGS不變，隨著VDS電壓增大，電流通過溝道，這樣也導(dǎo)致沿著溝道有電位梯度差，就是每個(gè)點(diǎn)的VGS不一樣了。這樣形成的溝道寬度每個(gè)點(diǎn)都不一樣。因此，VDS增大同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致溝道變窄，阻礙電流，但是一定范圍內(nèi)，VDS還是以增大電流為主。

VDS繼續(xù)增大，當(dāng)溝道開始夾斷時(shí)，夾斷區(qū)域隨著VDS增大沿著溝道不斷擴(kuò)大，這個(gè)時(shí)候，VDS對電流的推動(dòng)作用和隨之變大的DS之間電阻對電流的阻礙作用基本抵消，漏電流處于飽和狀態(tài)，直到溝道完全夾斷。

溝道完全夾斷后，電壓繼續(xù)增大，漏電流也會(huì)增大，最終擊穿損壞。如上面圖中的特性曲線所示 ：

3、如上分析：在夾斷之前為可變電阻區(qū)（放大區(qū)），夾斷中為恒流區(qū)（飽和區(qū)），VGS小于開啟電壓時(shí)關(guān)斷（截止區(qū)）。

可以知道VGS越大，VDS的開始夾斷電壓就越小，因?yàn)榉聪虻腣GS本來就是形成耗盡層的電壓動(dòng)力。和不斷增大的VDS同向。

JFET的特性

1、溝道在半導(dǎo)體內(nèi)部，噪聲極小。知道這一點(diǎn)就夠了，看一些精密運(yùn)放設(shè)計(jì)就明白了所謂的前級輸入為JFET的優(yōu)勢。

為了進(jìn)一步提高輸入阻抗，輸入級柵極采用了Sio2和鋁。這樣完全絕緣可以使得輸入阻抗高達(dá)10的15次方歐姆，這樣功耗也會(huì)更低。

NMOS的結(jié)構(gòu)就是在P型襯底上擴(kuò)散形成兩個(gè)N型區(qū)，這樣在表面形成導(dǎo)電溝道。MOS管里所有的PN結(jié)必須 保證反偏，因此，在以P型為襯底的NMOS管結(jié)構(gòu)中，襯底接地GND，而PMOS的襯底必須接電源VCC。

過程分析：

1、類似于上面的JFET，VGS正向增大時(shí)，VGS>VTH, 在Sio2表面開始聚集電子，逐漸形成N型的溝道。這時(shí)MOS管類似一個(gè)受控于VGS的可變電阻.VDS=0時(shí)形成的是電位均勻的導(dǎo)電溝道。

2、當(dāng)VGS>VTH，且VDS

3、當(dāng)VGS>VTH，且VDS>VGS-VTH時(shí),這時(shí)由于VDS過大，造成靠近D端的溝道開始被夾斷了，因?yàn)閂GS和VDS在溝道上的電場作用是相反的。夾斷點(diǎn)慢慢右移，參考JFET溝道，此時(shí)電流基本恒定，處于飽和區(qū)。

4、VDS繼續(xù)增大的話就會(huì)造成MOS管擊穿，MOS的擊穿有幾種可能：

（1）VDS足夠大，漏極D和襯底之間的反偏二極管雪崩擊穿。

（2）DS之間擊穿，穿通擊穿。

（3）最容易擊穿的是柵極，很薄的Sio2層，因此必須加以保護(hù)，不使用時(shí)接電位處理。

耗盡型MOS：

耗盡型MOS的特點(diǎn)就是VGS為負(fù)壓時(shí)導(dǎo)通，實(shí)際應(yīng)用中太少，就不說了。

MOS管放大電路：

MOS管的放大電路參考與三極管，同樣也分為共源極、共柵極、共漏極放大器。然后提供偏壓讓MOS管工作在線性區(qū)。

功率MOSFET

這里介紹一下用作大功率器件的MOS管，因?yàn)槟壳霸诠β蕬?yīng)用領(lǐng)域相關(guān)器件種類很多。

作為功率和非功率型MOSFET在結(jié)構(gòu)上是有很大區(qū)別的：

功率MOS的基本結(jié)構(gòu)DMOS：雙擴(kuò)散型MOS。

D和S極面對面，耐壓值高。

MOS管特性參數(shù)

以NMOS管IRF530N為例

在不同應(yīng)用條件下我們關(guān)注的參數(shù)還是差別蠻大的。

1、IDS：工作電流，大功率應(yīng)用時(shí)要保證余量。

2、PD：功率。

3、VGS：柵極電壓，不能過大擊穿。

4、VTH:柵極開啟電壓，一般在幾V。

5、RDS(on):導(dǎo)通電阻，決定了DS之間的壓降，越小越好，一般在幾十毫歐。

6、IGSS:柵極漏電流。

7、IDSS：源漏之間漏電流，在一些小電流應(yīng)用中要特別注意漏電流參數(shù)的影響。

8、Cgs:柵極電容，決定了開啟速度。

9、Gm:低頻跨導(dǎo)，反應(yīng)VGS對電流的控制能力，在放大應(yīng)用中注意。

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