湖南大學(xué)微電子電路期末常考題,老師給的結(jié)型

1、2.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)2.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較 2.5.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管n場(chǎng)效應(yīng)晶體管于場(chǎng)效應(yīng)晶體管于1925年由年由Julius Edgar Lilienfeld和于和于1934年由年由Oskar Heil分別發(fā)明分別發(fā)明n實(shí)用的器件一直到實(shí)用的器件一直到1952年才被制造出來（結(jié)型場(chǎng)效年才被制造出來（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，應(yīng)管，Junction-FET，JFET）。）。n1960年年Dawan Kahng發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（效應(yīng)晶體管（Metal

2、-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），從而大部分），從而大部分代替了代替了JFET，對(duì)電子行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。，對(duì)電子行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。 場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的流子的N溝道器件和空穴作為載流子的溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。溝道器件。 從場(chǎng)效應(yīng)

3、三極管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有兩大類。 1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET (Junction type Field Effect Transister) 2.絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) IGFET也稱金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：2.5 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)

4、工作原理 輸出特性 轉(zhuǎn)移特性 主要參數(shù) 一、 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 二、 JFET的特性曲線及參數(shù) 結(jié)構(gòu) 2.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管2.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 它是在它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)擴(kuò)散高濃度型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)擴(kuò)散高濃度P離子區(qū)，形離子區(qū)，形成兩個(gè)成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。型溝道的結(jié)構(gòu)。 P區(qū)即為區(qū)即為柵極柵極，N型硅的一端是型硅的一端是漏極漏極，另一端是，另一端是源極源極。 導(dǎo)電溝道： 漏源之間的非耗盡層區(qū)域?！?”代表這個(gè)區(qū)域?yàn)楦邠诫s濃度區(qū)域（代表這個(gè)區(qū)域?yàn)楦邠诫s濃度區(qū)域（heavily doped region

5、），也就是此區(qū)），也就是此區(qū)的電子濃度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。的電子濃度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。 源極源極，用用S或或s表示表示N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道漏極漏極，用用D或或d表示表示 P型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)柵極柵極，用用G或或g表示表示柵極柵極，用用G或或g表示表示符號(hào)符號(hào)符號(hào)符號(hào) JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)： 一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的工作原理一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的工作原理根據(jù)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)，只能工作在反偏的條件下， N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓（uGS0，實(shí)現(xiàn)柵源電壓對(duì)漏極電流的控制。現(xiàn)以N溝道為例說明其工作原理。1、柵源電壓對(duì)溝道的控制作用 uDS=0，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制

6、：對(duì)導(dǎo)電溝道的控制：uGS=0，導(dǎo)電溝道寬；，導(dǎo)電溝道寬；uGS0，漏、源間將形成多子的漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏 極電流iD，（負(fù)值）uGD=uGS-uDS將隨之變化（減?。?。 靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從左至右呈楔形 分布，如圖所示。l當(dāng)當(dāng)uDS增加，增加，uGD反偏電壓增加，反偏電壓增加，溝道電阻溝道電阻取決于（柵源電取決于（柵源電壓一定）壓一定）uGS，iD隨隨uDS線性增大，漏源間呈線性增大，漏源間呈電阻特性電阻特性。l（負(fù)值）（負(fù)值）uGD=（負(fù)值）（負(fù)值）U GS(off)時(shí)，靠漏極處出現(xiàn)時(shí)，靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷預(yù)夾斷，如圖如圖 (b)所示。當(dāng)所示。當(dāng)uDS繼續(xù)增加，漏極處的夾斷繼續(xù)

7、向源繼續(xù)增加，漏極處的夾斷繼續(xù)向源極方向生長延長。極方向生長延長。l（負(fù)值）（負(fù)值）uGD （負(fù)值）（負(fù)值）U GS(off)時(shí)，溝道夾斷使時(shí)，溝道夾斷使iD減小減??；漏；漏源間電場(chǎng)使源間電場(chǎng)使iD增大增大。 則則uDS變化變化iD幾乎不變，只與幾乎不變，只與uGS有關(guān)。有關(guān)。恒流恒流特性。特性。（以（以N溝道溝道JFET為例）為例）3、uGS和uDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)uGDU GS(off)時(shí)， uGS對(duì)對(duì)iD的影響：的影響： 導(dǎo)電溝道夾斷，漏電流對(duì)應(yīng)柵源電壓。實(shí)現(xiàn)電壓控制電流。 對(duì)于同樣的uDS ， iD的值隨uGS減小而減小。 對(duì)應(yīng)電流放大系數(shù)是低頻跨導(dǎo)gm。uGD=uGS-uDS U GS(

8、off) 綜上分析可知綜上分析可知 溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。 JFET是電壓控制電流器件，iD受uGS控制 預(yù)夾斷前iD與uDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。 JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此iG0，輸入電阻很高。 JFET的特性曲線有兩條，一是轉(zhuǎn)移特性曲線，的特性曲線有兩條，一是轉(zhuǎn)移特性曲線，二是輸出特性曲線。它與二是輸出特性曲線。它與MOSFET的特性曲線基本的特性曲線基本相同，相同， MOSFET的柵壓的柵壓可正、可負(fù)可正、可負(fù)， 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵壓柵壓只能是只能是P溝道的為正或溝道的為正或N溝

9、道溝道的為負(fù)。的為負(fù)。二、二、 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù)二、二、 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù)const.DSDGS)(Uufi2. 轉(zhuǎn)移特性 const.GSDDS)(Uufi)0()1 (GSGS(off)2GS(off)GSDSSDuUUuIi1. 輸出特性 可變電阻區(qū)：可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷軌跡、近似直線、斜率的倒數(shù)為等效預(yù)夾斷軌跡、近似直線、斜率的倒數(shù)為等效 電阻、柵源電壓控制漏電流。電阻、柵源電壓控制漏電流。恒流區(qū)：恒流區(qū)：放大區(qū)、近似一組平行線、柵源電壓控制放大區(qū)、近似一組平行線、柵源電壓控制 漏電流、溝道調(diào)制效應(yīng)。漏電流、溝道調(diào)制效應(yīng)。夾斷區(qū)：夾斷區(qū)：靠

10、近橫軸、漏電流對(duì)應(yīng)某一微小電流。靠近橫軸、漏電流對(duì)應(yīng)某一微小電流。擊穿區(qū)：擊穿區(qū)：漏源電壓過大。漏源電壓過大。 輸出特性曲線可對(duì)應(yīng)畫出轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線可對(duì)應(yīng)畫出轉(zhuǎn)移特性曲線。場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn) n1.場(chǎng)效應(yīng)管的源極場(chǎng)效應(yīng)管的源極s、柵極、柵極g、漏極、漏極d分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極極e、基極、基極b、集電極、集電極c，它們的作用相似。，它們的作用相似。 n2.場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由vGS控制控制iD，其放大系數(shù)，其放大系數(shù)gm一般較小，因此場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流一般較小，

11、因此場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流控制電流器件，由控制電流器件，由iB（或（或iE）控制）控制iC。 n3.場(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時(shí)基極總要吸取場(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時(shí)基極總要吸取一定的電流。因此場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。一定的電流。因此場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。 n4.場(chǎng)效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流場(chǎng)效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)

12、境條場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn) n5.場(chǎng)效應(yīng)管在源極與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使場(chǎng)效應(yīng)管在源極與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，其特性差異很大，b值將減小很多。值將減小很多。 n6.場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級(jí)及要場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級(jí)及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應(yīng)管。求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應(yīng)管。 n7.場(chǎng)效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開路電路，但由場(chǎng)效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開路電路，但由于前者制造工藝簡(jiǎn)單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源于前者制造工藝簡(jiǎn)單，且具有耗電少，