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  • 絕緣柵型場效應管,絕緣柵型場效應管分類介紹
    • 發布時間:2024-05-27 20:11:18
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    絕緣柵型場效應管,絕緣柵型場效應管分類介紹
    場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。按導電方式來劃分,場效應管又可分成耗盡型與增強型。絕緣柵型場效應管(JGFET)因柵極與其它電極完全絕緣而得名。
    目前在絕緣柵型場效應管中,應用最為廣泛的是MOS場效應管,簡稱MOS管(場效應管MOSFET);此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管,以及πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。
    絕緣柵型場效應管具有比結型場效應管更高的輸入阻抗(可達1012Ω以上),并且制造工藝比較簡單,使用靈活方便,非常有利于高度集成化。
    絕緣柵型場效應管分為:
    N溝道增強型管
    刪源間需要加一定正向電壓才能管子才能開啟,有一個開啟電壓Ugs;電流隨柵源間正向電壓增大而增大,轉移特性曲線在第一象限,和三極管類似。
    N溝道耗盡型管
    漏源之間存在導電溝道,無需加刪壓就能導電,開啟電壓Ugs(off)為負值,電流隨正向電壓增大而增大,轉移特性曲線在一、四象限。
    P溝道增強型管
    刪源間需要加一定反向電壓才能管子才能開啟,電流隨反向電壓增大而增大,轉移特性曲線與N溝道增強型相反,在第四象限。
    P溝道耗盡型管
    與N溝道耗盡型類似,漏源之間存在導電溝道,無需加刪壓就能導電,開啟電壓Ugs(off)為正值,隨反向電壓增大而增大。轉移特性曲線在二、三象限。
    絕緣柵型場效應管結構
    圖1是N溝道增強型MOS管的結構示意圖和符號。它是在一塊P型硅襯底上,擴散兩個高濃度摻雜的N+區,在兩個N+區之間的硅表面上制作一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層,然后在SiO2和兩個N型區表面上分別引出三個電極,稱為源極s、柵極g和漏極d。在其圖形符號中,箭頭表示漏極電流的實際方向。
    絕緣柵型場效應管
    絕緣柵型場效應管原理
    絕緣柵場效應管的導電機理是,利用UGS 控制"感應電荷"的多少來改變導電溝道的寬窄,從而控制漏極電流ID。若UGS=0時,源、漏之間不存在導電溝道的為增強型MOS管,UGS=0 時,漏、源之間存在導電溝道的為耗盡型MOS管。
    絕緣柵型場效應管
    圖2中襯底為P型半導體,在它的上面是一層SiO2薄膜、在SiO2薄膜上蓋一層金屬鋁,如果在金屬鋁層和半導體之間加電壓UGS,則金屬鋁與半導體之間產生一個垂直于半導體表面的電場,在這一電場作用下,P型硅表面的多數載流子-空穴受到排斥,使硅片表面產生一層缺乏載流子的薄層。同時在電場作用下,P型半導體中的少數載流子-電子被吸引到半導體的表面,并被空穴所俘獲而形成負離子,組成不可移動的空間電荷層(稱耗盡層又叫受主離子層)。
    UGS愈大,電場排斥硅表面層中的空穴愈多,則耗盡層愈寬,且UGS愈大,電場愈強;當UGS 增大到某一柵源電壓值VT(叫臨界電壓或開啟電壓)時,則電場在排斥半導體表面層的多數載流子-空穴形成耗盡層之后,就會吸引少數載流子-電子,繼而在表面層內形成電子的積累,從而使原來為空穴占多數的P型半導體表面形成了N型薄層。
    由于與P型襯底的導電類型相反,故稱為反型層。在反型層下才是負離子組成的耗盡層。這一N型電子層,把原來被PN結高阻層隔開的源區和漏區連接起來,形成導電溝道。
    用圖2所示電路來分析柵源電壓UGS控制導電溝道寬窄,改變漏極電流ID 的關系:當UGS=0時,因沒有電場作用,不能形成導電溝道,這時雖然漏源間外接有ED電源,但由于漏源間被P型襯底所隔開,漏源之間存在兩個PN結,因此只能流過很小的反向電流,ID ≈0;當UGS>0并逐漸增加到VT 時,反型層開始形成,漏源之間被N溝道連成一體。
    這時在正的漏源電壓UDS作用下;N溝道內的多子(電子)產生漂移運動,從源極流向漏極,形成漏極電流ID。顯然,UGS愈高,電場愈強,表面感應出的電子愈多,N型溝道愈寬溝道電阻愈小,ID愈大。
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