MOS场效应管PPT文件格式下载.ppt

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的平板电容器。

N沟道沟道EMOSFET沟道形成原理沟道形成原理假设假设VDS=0，讨论讨论VGS作用作用PP+N+N+SGDUVDS=0-+-+VGS形成空间电荷区形成空间电荷区并与并与PN结相通结相通VGS衬底表面层中衬底表面层中负离子负离子、电子、电子VGS开启电压开启电压VGS（th）形成形成N型导电沟道型导电沟道表面层表面层npVGS越越大，反型层中大，反型层中n越多，导电能力越强。

越多，导电能力越强。

反型层反型层VDS对沟道的控制对沟道的控制（假设（假设VGSVGS（th）且保持不变）且保持不变）VDS很很小时小时VGDVGS。

此时此时W近似不变近似不变，即即Ron不变不变。

由由图图VGD=VGS-VDS因此因此VDSID线性线性。

若若VDS则则VGD近漏端沟道近漏端沟道Ron增大增大。

此时此时RonID变慢。

变慢。

PP+N+N+SGDUVDS-+-+VGS-+-+PP+N+N+SGDUVDS-+-+VGS-+-+当当VDS增加到增加到使使VGD=VGS（th）时时A点出现预夹断点出现预夹断若若VDS继续继续A点左移点左移出现夹断区出现夹断区此时此时VAS=VAG+VGS=-VGS（th）+VGS（恒定）恒定）若忽略沟道长度调制效应，则近似认为若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变（即不变（即Ron不变）。

不变）。

因此预夹断后：

PP+N+N+SGDUVDS-+-+VGS-+-+APP+N+N+SGDUVDS-+-+VGS-+-+AVDSID基本维持不变。

基本维持不变。

若考虑沟道长度调制效应若考虑沟道长度调制效应则则VDS沟道长度沟道长度l沟道电阻沟道电阻Ron略略。

因此因此VDSID略略。

由上述分析可描绘出由上述分析可描绘出ID随随VDS变化变化的关系曲线：

的关系曲线：

IDVDS0VGSVGS（th）VGS一定一定曲线形状类似三极管输出特性。

曲线形状类似三极管输出特性。

MOS管仅依靠一种载流子（多子）导电，故管仅依靠一种载流子（多子）导电，故称称单极型器件。

单极型器件。

三极三极管中多子、少子同时参与导电，故称管中多子、少子同时参与导电，故称双双极型器件。

极型器件。

利利用用半半导导体体表表面面的的电电场场效效应应，通通过过栅栅源源电电压压VGS的的变变化化，改改变变感感生生电电荷荷的的多多少少，从从而而改改变变感感生沟道的宽窄，控制漏极电流生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。

MOSFET工作原理：

工作原理：

由于由于MOS管栅极电流管栅极电流为零，故不讨论输入特为零，故不讨论输入特性曲线。

性曲线。

共源组态特性曲线：

ID=f（VGS）VDS=常数常数转移特性：

转移特性：

ID=f（VDS）VGS=常数常数输出特性：

输出特性：

q伏安特性伏安特性+TVDSIG0VGSID+-转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。

它们之间可以相互转换。

NEMOS管输出特性曲线管输出特性曲线q非饱和区非饱和区特点：

特点：

ID同时受同时受VGS与与VDS的控制。

的控制。

当当VGS为常数时，为常数时，VDSID近似线性近似线性，表现为一种电阻特性；

，表现为一种电阻特性；

ID/mAVDS/V0VDS=VGSVGS（th）VGS=5V3.5V4V4.5V当当VDS为常数时，为常数时，VGSID，表现出一种压控电阻的特性。

表现出一种压控电阻的特性。

沟道预夹断前对应的工作区。

条件：

VGSVGS（th）VDSVGS（th）VDSVGSVGS（th）考考虑虑到到沟沟道道长长度度调调制制效效应应，输输出出特特性性曲曲线线随随VDS的增加略有上翘。

的增加略有上翘。

注意：

饱和区（又称有源区）对应三极管的放大区。

数学模型：

若考虑沟道长度调制效应，则若考虑沟道长度调制效应，则ID的修正方程：

的修正方程：

工工作作在在饱饱和和区区时时，MOS管管的的正正向向受受控控作作用用，服服从平方律关系式：

从平方律关系式：

其中：

称称沟道长度调制系数，其值与沟道长度调制系数，其值与l有关。

有关。

通常通常=（0.0050.03）V-1q截止区截止区特点：

相当于相当于MOS管三个电极断开。

管三个电极断开。

ID/mAVDS/V0VDS=VGSVGS（th）VGS=5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区沟道未形成时的工作区条件：

VGSVGS（th）ID=0=0以下的工作区域。

以下的工作区域。

IG0，ID0q击穿区击穿区VDS增大增大到一定值时到一定值时漏衬漏衬PN结结雪崩击穿雪崩击穿ID剧增。

剧增。

VDS沟道沟道l对于对于l较小的较小的MOS管管穿通击穿。

穿通击穿。

由于由于MOS管管COX很小，因此当带电物体（或人）很小，因此当带电物体（或人）靠近金属栅极时，感生电荷在靠近金属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生绝缘层中将产生很大的电压很大的电压VGS（=Q/COX），使使绝缘层绝缘层击穿，造成击穿，造成MOS管永久性损坏管永久性损坏。

MOS管保护措施：

管保护措施：

分立的分立的MOS管：

管：

各极引线短接、烙铁外壳接地。

MOS集成电路：

集成电路：

TD2D1D1D2一方面限制一方面限制VGS间间最大电压，同时对感最大电压，同时对感生生电荷起旁路作用。

电荷起旁路作用。

NEMOS管管转移特性曲线转移特性曲线VGS（th）=3VVDS=5V转移特性曲线反映转移特性曲线反映VDS为常数时，为常数时，VGS对对ID的控制作的控制作用用,可由输出特性转换得到。

可由输出特性转换得到。

ID/mAVDS/V0VDS=VGSVGS（th）VGS=5V3.5V4V4.5VVDS=5VID/mAVGS/V012345转移特性曲线中转移特性曲线中,ID=0时对应的时对应的VGS值值,即即开启开启电压电压VGS（th）。

q衬底效应衬底效应集成电路中，许多集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证管做在同一衬底上，为保证U与与S、D之间之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高电沟道）或最高电位（位（P沟道）。

沟道）。

若若|VUS|-+VUS耗尽层中负离子数耗尽层中负离子数因因VGS不变（不变（G极正电荷量不变）极正电荷量不变）IDVUS=0ID/mAVGS/VO-2V-4V根据衬底电压对根据衬底电压对ID的控制作用，又的控制作用，又称称U极为极为背栅极。

背栅极。

PP+N+N+SGDUVDSVGS-+-+阻挡层宽度阻挡层宽度表面层中表面层中电子电子数数qP沟道沟道EMOS管管+-+-VGSVDS+-+-SGUDNN+P+SGDUP+N沟道沟道EMOS管与管与P沟道沟道EMOS管管工作原理相似。

工作原理相似。

即即VDS0、VGS0，VGS正、负、零均可。

正、负、零均可。

外部工作条件：

DMOS管在饱和区与非饱和区的管在饱和区与非饱和区的ID表达式表达式与与EMOS管管相同相同。

PDMOS与与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。

的差别仅在于电压极性与电流方向相反。

3.1.33.1.3四种四种MOS场场效应管比较效应管比较q电路符号及电流流向电路符号及电流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOSq转移特性转移特性IDVGS0VGS（th）IDVGS0VGS（th）IDVGS0VGS（th）IDVGS0VGS（th）q饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型VDS极性取决于沟道类型极性取决于沟道类型N沟道：

沟道：

VDS0，P沟道沟道：

VDS|VGS（th）|，|VDS|VGSVGS（th）|VGS|VGS（th）|，q饱和区（放大区）工作条件饱和区（放大区）工作条件|VDS|VGS（th）|，q非饱和区（可变电阻区）数学模型非饱和区（可变电阻区）数学模型qFETFET直流简化电路模型直流简化电路模型（与三极管相对照与三极管相对照）场效应管场效应管G、S之间开路之间开路，IG0。

三极管发射结由于正偏而导通，等效三极管发射结由于正偏而导通，等效为为VBE（on）。

FET输出端等效为输出端等效为压控压控电流源，满足平方律方程：

电流源，满足平方律方程：

三极管输出端等效为三极管输出端等效为流控流控电流源，满足电流源，满足IC=IB。

SGDIDVGSSDGIDIG0ID（VGS）+-VBE（on）ECBICIBIB+-3.1.43.1.4小信号电路模型小信号电路模型qMOSMOS管简化小信号电路模型管简化小信号电路模型（与三极管对照与三极管对照）gmvgsrdsgdsicvgs-vds+-rds为为场效应管场效应管输出电阻：

输出电阻：

由于场效应管由于场效应管IG0，所以输入电阻所以输入电阻rgs。

而三极管发射结正偏，而三极管发射结正偏，故输入电阻故输入电阻rbe较小。

较小。

与三极管与三极管输出电阻表达式输出电阻表达式相似。

相似。

rbercebceibic+-+vbevcegmvbeMOS管管跨导跨导利用利用得得三极管三极管跨导跨导通常通常MOS管管的跨导比的跨导比三极管的三极管的跨导要小一个数跨导要小一个数量级以上，即量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。

管放大能力比三极管弱。

q计及衬底计及衬底效应的效应的MOS管简化电路模型管简化电路模型考虑到衬底电压考虑到衬底电压vus对漏极电流对漏极电流id的的控制作用，小信控制作用，小信号等效电路中需增加一个压控电流源号等效电路中需增加一个压控电流源gmuvus