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讲一讲增强型MOSFET器件结构和原理

2022年11月03日 17:19 电子工程学习圈 作者:选择胜过努力 用户评论(0

今天我们开始讲一讲MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),MOS-FET从本质上来看和J-FET一样也属于“多子”器件,但从控制机理上有所不同。

增强型MOSFET器件结构和原理

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控制机理上MOS-FET的栅极与管子的其余部分绝缘,靠栅源极电压来控制载流子运动。N-MOSFET是一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底,并在源极S和漏极D两个区域制作两个掺杂浓度较高的N型半导体区域,通过欧姆电极与源极和漏极相连。

由上图可以看出,栅极G和S、D极之间是有一层二氧化硅,因此,栅极与管子的其余部分绝缘。所以,这种FET称为绝缘栅型场效应管。在底层的金属衬底上引出电极B,称为背面栅极。

那么,栅极和其他部分绝缘,是如何影响载流子的运动的呢?答案就是电场,见下图。

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我们可以发现,当Ugs=0时,MOS-FET就是两个共阳极的二极管,B极是公共阳极,S、D极是两个阴极。这时,不管S、D之间加何种极性电压(当然不能超过最大耐压),都不会有电流产生,此时可认为MOS-FET是截止的。当背栅极B与源极短接,并给G、S极间加上正电压,如上图所示,那么就会形成一个与P-衬底相垂直的电场。当Ugs超过某个临界值,垂直电场到达一定强度,较多的电子被吸引到P型硅表面,在两个N型半导体区域之间形成导电的N沟道,这样S、D极的N沟道形成一体,与下面的P型硅形成PN结。

此时,在D、S间施加正向电压,PN结反向截止,所以,D、S、N沟道区下面存在一层耗尽区,与背栅极衬底隔离开。那么,此时D、S极间,就会有不经过衬底的电流,通过N沟道由漏区到达源区,形成漏电流Id。那么,我们就把刚开始出现N沟道的Ugs称为开启电压,称为Ut。

N沟道增强型MOS-FET的伏安特性曲线

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N-MOSFET转移特性曲线

由图中可以看到

1 当0
2 当Ugs>Ut,导电沟道建立,Id>0,外加的正栅极电压越大,导电沟道越宽,沟道电阻越小,Id越大。MOS管处于导通状态,如下关系式成立,要求满足Uds>(Ugs-Ut)

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其中Idx对应某一栅极电压Ugsx的Id值

N沟道增强型MOS-FET输出特性曲线

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N沟道增强型MOSFET输出特性曲线

MOS-FET输出特性曲线也有可变电阻区、恒流区、截止区、击穿区,在恒流区,Id受控于Ugs,类似J-FET这里就不再赘述了。MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同,只是增强型MOS管中不用夹断电压Up,而用开启电压Ut表征管子的特性。

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( 发表人:刘芹 )

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