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標題: 場效應管原理 [打印本頁]

作者: xunavc 時間: 2019-10-22 15:39
標題: 場效應管原理
　　場效應管是較新型的半導體材料，利用電場效應來控制晶體管的電流，因而得名。它的外型也是一個三極管，因此又稱場效應三極管。它只有一種載流子參與導電的半導體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。從參與導電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。從場效應三極管的結構來劃分，它有結型場效應三極管和絕緣柵型場效應三極管之分。
　　1.結型場效應三極管
　　(1) 結構
　　N溝道結型場效應三極管的結構如圖1所示，它是在N型半導體硅片的兩側各制造一個PN結，形成兩個PN結夾著一個N型溝道的結構。兩個P區即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。
　　(2) 工作原理
　　以N溝道為例說明其工作原理。
　　當UGS=0時，在漏、源之間加有一定電壓時，在漏源間將形成多子的漂移運動，產生漏極電流。當UGS<0時，PN結反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，UGS繼續減小，溝道繼續變窄，ID繼續減小直至為0。當漏極電流為零時所對應的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UGS(off)。
　　(3)特性曲線
　　結型場效應三極管的特性曲線有兩條，一是輸出特性曲線(ID=f(UDS)|UGS=常量),二是轉移特性曲線(ID=f(UGS)|UDS=常量)。N溝道結型場效應三極管的特性曲線如圖2所示。
　　2. 絕緣柵場效應三極管的工作原理
　　絕緣柵場效應三極管分為：耗盡型 →N溝道、P溝道　　增強型 →N溝道、P溝道(1)N溝道耗盡型絕緣柵場效應管
　　N溝道耗盡型的結構和符號如圖3(a)所示，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當UGS=0時，這些正離子已經感應出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當UGS>0時，將使ID進一步增加。UGS<0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示，有時也用UP表示。N溝道耗盡型的轉移特性曲線如圖30(b)所示。
　　(2)N溝道增強型絕緣柵場效應管
　　結構與耗盡型類似。但當UGS=0 V時，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當柵極加有電壓時，若0UGS(th)時，形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在UGS=0V時ID=0，只有當UGS>UGS(th)后才會出現漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。
　　N溝道增強型MOS管的轉移特性曲線，見圖4。
　　(3)P溝道MOS管
　　P溝道MOS管的工作原理與N溝道MOS管完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。
　　3 主要參數
　　(1) 直流參數
　　指耗盡型MOS夾斷電壓UGS=UGS(off) 、增強型MOS管開啟電壓UGS(th)、耗盡型場效應三極管的飽和漏極電流IDSS(UGS=0時所對應的漏極電流)、輸入電阻RGS.
　　(2) 低頻跨導gm
　　gm可以在轉移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)。
　　(3) 最大漏極電流IDM
　　2 場效應半導體三極管
　　場效應半導體三極管是只有一種載流子參與導電的半導體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。從參與導電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。從場效應三極管的結構來劃分，它有結型場效應三極管JFET(Junction type Field Effect Transister)和絕緣柵型場效應三極管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導體三極管MOSFET (Metal Oxide Semicon-ductor FET)。
　　2.2.1 絕緣柵場效應三極管的工作原理
　　絕緣柵場效應三極管(MOSFET)分為：
　　增強型 →N溝道、P溝道
　　耗盡型 →N溝道、P溝道
　　N溝道增強型MOSFET的結構示意圖和符號見圖02.13。電極D(Drain)稱為漏極，相當雙極型三極管的集電極;G(Gate)稱為柵極，相當于的基極;
　　S(Source)稱為源極，相當于發射極。
　　(1)N溝道增強型MOSFET
　　① 結構
　　根據圖02.13，N溝道增強型MOSFET基本上是一種左右對稱的拓撲結構，它是在P型半導體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區，從N型區引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導體稱為襯底，用符號B表示。
　　圖02.13 N溝道增強型MOSFET的結構示意圖和符號② 工作原理
　　1.柵源電壓VGS的控制作用
　　當VGS=0 V時，漏源之間相當兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。
　　當柵極加有電壓時，若0
　　進一步增加VGS，當VGS>VGS(th)時( VGS(th) 稱為開啟電壓)，由于此時的柵極電壓已經比較強，在靠近柵極下方的P型半導體表層中聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在柵極下方形成的導電溝道中的電子，因與P型半導體的載流子空穴極性相反，故稱為反型層。隨著VGS的繼續增加，ID將不斷增加。在VGS=0V時ID=0，只有當VGS>VGS(th)后才會出現漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。
　　VGS對漏極電流的控制關系可用iD=f(vGS)?VDS=const這一曲線描述，稱為轉移特性曲線，見圖02.14。
　　圖02.14 轉移特性曲線
　　轉移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 gm 的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導。
　　跨導的定義式如下：
　　2.漏源電壓VDS對漏極電流ID的控制作用
　　當VGS>VGS(th)，且固定為某一值時，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。VDS的不同變化對溝道的影響如圖02.15所示。根據此圖可以有如下關系當VDS為0或較小時，相當VGD>VGS(th)，溝道分布如圖02.15(a)，此時VDS 基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。在緊靠漏極處，溝道達到開啟的程度以上，漏源之間有電流通過。
　　當VDS增加到使VGD=VGS(th)時，溝道如圖02.15(b)所示。這相當于VDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的情況，稱為預夾斷，此時的漏極電流ID基本飽和。當VDS增加到VGD?VGS(th)時，溝道如圖02.15(c)所示。此時預夾斷區域加長，伸向S極。 VDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上， ID基本趨于不變。
　　AO4620 www.dzsc.com/ic-detail/9_10905.html技術參數
　　品牌：AOS
　　型號：AO4620
　　批號：13+
　　封裝：SOP8
　　數量：60000
　　對無鉛要求的達標情況 / 對限制有害物質指令(RoHS)規范的達標情況：無鉛 / 符合限制有害物質指令(RoHS)規范要求濕氣敏感性等級（MSL）：1（無限）制造商標準提前期：16 周
　　系列：-
　　包裝：帶卷（TR）
　　零件狀態：在售
　　FET類型：N和P溝道
　　FET功能：邏輯電平門
　　漏源極電壓（Vdss）：30V
　　電流-連續漏極（Id）（25°C時）：-
　　不同 Id，Vgs時的 RdsOn（最大值）：24毫歐@7.2A，10V不同Id時的Vgs（th）（最大值）：2.6V@250?A不同Vgs時的柵極電荷（Qg）（最大值）：11nC@10V不同Vds時的輸入電容（Ciss）（最大值）：448pF@15V功率（最大值）：2W工作溫度：-55°C~150°C（TJ）
　　安裝類型：表面貼裝(SMT)
　　封裝/外殼：8-SOIC（0.154"，3.90mm寬）
　　供應商器件封裝：8-SOIC

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