三極管和場效應管的結構及工作原理

制程

場效應管柵極的最小寬度(柵長)，就是XX nm工藝中的數(shù)值。柵極的寬度則決定了電流通過時的損耗，表現(xiàn)出來就是手機常見的發(fā)熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。

MOS管的開關信號由外部元件震蕩電路或者波形發(fā)生器的波形提供。

三極管和場效應管

普通三極管是電流控制元件。通過基極電流控制集電極和發(fā)射集電流，信號源必須提供一定的電流才能工作。因此它的輸入電阻較低，僅有1102~110?Ω。三極管有電子和空穴兩種極性不同的載流子，同時起導電作用叫做雙極型晶體管。

場效應管則是電壓控制元件，它的輸出電流決定于輸入端電壓的大小?；旧喜恍枰盘栐刺?a target="_blank">供電流，所以它的輸入電阻很高?？筛哌_110?~1101?Ω。場效應管熱穩(wěn)定性好，制造工藝簡單，易于做成集成電路。場效應管只有一種載流子導電，稱為單極型晶體管。

場效應管的結構和特征

場效應管分為絕緣柵型和結型兩大類，絕緣絕緣柵場效應管有N型溝道和P型溝道，每種溝道又分增強型和耗盡型兩種。

N型溝道增強型管子的結構如圖。

構造

它是在一塊空穴濃度較低的P型硅片襯底上制造出兩個相距很近的電子濃度很高的N區(qū)，再用一薄層二氧化硅絕緣層覆蓋在兩個N區(qū)之間。在絕緣層上安置一片金屬鋁作為柵極G。兩個N區(qū)分別引出電極，一個叫源極S，一個叫漏極D。柵極、源極、漏極互相絕緣，柵極靠電場效應工作，故稱絕緣柵場效應管。由于這類管子是由金屬鋁層，二氧化硅和半導體硅組成，所以又稱金屬氧化物半導體場效應管，英文縮寫為MOS管。襯底引線箭頭方向由P指向N，表示是N溝道場效應管。

工作原理

當柵極和源極之間加上正電壓時，在強電場作用下，P型襯底中的少數(shù)載流子電子被吸引到絕緣層下面P區(qū)的表面，電子除填充該處低濃度的空穴外，還形成一條電子溝道，把N型的源區(qū)S和漏區(qū)D聯(lián)通起來，故稱為N型導電溝道。電子從源極經(jīng)過導電溝道向漏極漂移形成以電子為載流子的漏極電流。其導電能力靠柵極正偏壓來增強，故稱為N型溝道增強型MOS場效應管。

注意

場效應管有一個開啟電壓，當柵源極電壓GS小于開啟電壓時沒有漏極電流，當漏源極電壓DS一定時，隨著柵源極電壓GS的增大，電子溝道增寬，漏極電流增大。稱這條曲線為場效應管的轉移特性。

由不同的柵源極電壓GS可對應得到一簇漏極電流與漏源極電壓的關系曲線稱為漏極特性。類似于普通三極管的輸出特性。從漏極特性可見，當漏源極電壓DS大于飽和電壓后，漏極電流變得平直，基本上與漏源極電壓DS無關。

還有一種N型溝道耗盡型場效應管，它的結構和增強型相同。只是在制造管子時，其二氧化硅絕緣層含有大量的正離子。在柵極還未加電壓時，氧化層下面的硅片表面上已形成N型溝道，使源極和漏極之間直接可以導電，柵極加負電壓時，將排斥溝道內(nèi)電子吸引空穴，使N型溝道中電子減少，因而漏極電流減小，當N型溝道中的電子耗盡時，使管子截止，此時柵源極間電壓Gs稱為管子的夾斷電壓，這種管子的轉移特性如圖。

除了P型硅襯底、N型溝道的MOS場效應管之外，還有N型硅襯底，P型溝道的MOS場效應管，表示后者的符號中，箭頭方向和所加漏極電壓極性正好與前者相反。這種管子也分增強型和耗盡型兩種，所加柵壓的極性也正好相反。

場效應管的主要參數(shù)和小信號微變等效電路

跨導表示場效應管放大性能的參數(shù)。它反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力，單位為mA/V

擊穿電壓指管子工作時漏源極間和柵源極間允許加的最高電壓。

直流輸入電阻：在漏源極間短路，加有一定柵壓時，柵源極間的電阻。通常在1×10?~1×101?Ω，使用時要防止柵極上感應電荷造成柵極電壓升高，以致管子擊穿。為防止損壞，柵極不可懸空，一般在柵源極間接上柵源電阻或穩(wěn)壓管，管子保存時需將各電極短路，焊接MOS管時電烙鐵要有良好的接地，或先將烙鐵斷電再焊接。

根據(jù)場效應管的基本性能，它的簡化微變等效電路如圖所示。

輸入電路只有動態(tài)電阻，其值極高，一般可按開路處理。

和三極管相似，輸出電路也可忽略漏源極電壓對漏極電流的影響，因此可以簡化成受柵極電壓控制的理想電流源。

場效應管放大電路

單管放大時輸入信號和輸出信號相位相反。

通常柵漏電阻選用兆歐級的電阻，場效應管放大電路的輸入電阻要比三極管放大電路的輸入電阻大的多。

觸摸開關電路

電容通過人體充電后沒有放電回路，電壓基本不衰減，所以管子一直保持導通狀態(tài)。

二極管使柵源極間在外電場干擾時，反向電壓限制在0.7V以內(nèi)，保護柵源極間的絕緣層。