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  • 半導體技術知識-半導體元器件FET場效應管分類與技術詳解
    • 發(fā)布時間:2020-05-28 15:35:33
    • 來源:
    • 閱讀次數(shù):872
    半導體技術知識-半導體元器件FET場效應管分類與技術詳解
    作為和雙極型晶體管三極管對應的一種單極型晶體管就是FET場效應管,所謂的場效應就是利用電場的效應來控制器件導通。這里場效應管也有幾種分類:
    半導體,場效應管
    JFET伏安特性曲線
    半導體,場效應管
    過程分析:
    1、VDS不變,隨著GS電壓反向增大時,PN之間的耗盡層增大,意思是由于電場作用導致P區(qū)邊緣聚集更多空穴,這樣中間的溝道越來越小,最后溝道被夾斷。這個過程中DS之間的電阻越來越大,實際上是一個受控于VGS的可變電阻。
    2、VGS不變,隨著VDS電壓增大,電流通過溝道,這樣也導致沿著溝道有電位梯度差,就是每個點的VGS不一樣了。這樣形成的溝道寬度每個點都不一樣。因此,VDS增大同時又會導致溝道變窄,阻礙電流,但是一定范圍內,VDS還是以增大電流為主。
    VDS繼續(xù)增大,當溝道開始夾斷時,夾斷區(qū)域隨著VDS增大沿著溝道不斷擴大,這個時候,VDS對電流的推動作用和隨之變大的DS之間電阻對電流的阻礙作用基本抵消,漏電流處于飽和狀態(tài),直到溝道完全夾斷。
    溝道完全夾斷后,電壓繼續(xù)增大,漏電流也會增大,最終擊穿損壞。如上面圖中的特性曲線所示 :
    半導體,場效應管
    3、如上分析:在夾斷之前為可變電阻區(qū)(放大區(qū)),夾斷中為恒流區(qū)(飽和區(qū)),VGS小于開啟電壓時關斷(截止區(qū))。
    可以知道VGS越大,VDS的開始夾斷電壓就越小,因為反向的VGS本來就是形成耗盡層的電壓動力。和不斷增大的VDS同向。
    JFET的特性
    1、溝道在半導體內部,噪聲極小。知道這一點就夠了,看一些精密運放設計就明白了所謂的前級輸入為JFET的優(yōu)勢。
    為了進一步提高輸入阻抗,輸入級柵極采用了Sio2和鋁。這樣完全絕緣可以使得輸入阻抗高達10的15次方歐姆,這樣功耗也會更低。
    半導體,場效應管
    NMOS的結構就是在P型襯底上擴散形成兩個N型區(qū),這樣在表面形成導電溝道。MOS管里所有的PN結必須 保證反偏,因此,在以P型為襯底的NMOS管結構中,襯底接地GND,而PMOS的襯底必須接電源VCC。
    半導體,場效應管
    過程分析:
    1、類似于上面的JFET,VGS正向增大時,VGS>VTH, 在Sio2表面開始聚集電子,逐漸形成N型的溝道。這時MOS管類似一個受控于VGS的可變電阻.VDS=0時形成的是電位均勻的導電溝道。
    半導體,場效應管
    2、當VGS>VTH,且VDS
    半導體,場效應管
    3、當VGS>VTH,且VDS>VGS-VTH時,這時由于VDS過大,造成靠近D端的溝道開始被夾斷了,因為VGS和VDS在溝道上的電場作用是相反的。夾斷點慢慢右移,參考JFET溝道,此時電流基本恒定,處于飽和區(qū)。
    半導體,場效應管
    4、VDS繼續(xù)增大的話就會造成MOS管擊穿,MOS的擊穿有幾種可能:
    (1)VDS足夠大,漏極D和襯底之間的反偏二極管雪崩擊穿。
    (2)DS之間擊穿,穿通擊穿。
    (3)最容易擊穿的是柵極,很薄的Sio2層,因此必須加以保護,不使用時接電位處理。
    耗盡型MOS:
    耗盡型MOS的特點就是VGS為負壓時導通,實際應用中太少,就不說了。
    MOS管放大電路:
    MOS管的放大電路參考與三極管,同樣也分為共源極、共柵極、共漏極放大器。然后提供偏壓讓MOS管工作在線性區(qū)。
    半導體,場效應管
    半導體,場效應管
    半導體,場效應管
    功率MOSFET
    這里介紹一下用作大功率器件的MOS管,因為目前在功率應用領域相關器件種類很多。
    作為功率和非功率型MOSFET在結構上是有很大區(qū)別的:
    半導體,場效應管
    功率MOS的基本結構DMOS:雙擴散型MOS。
    D和S極面對面,耐壓值高。
    半導體,場效應管
    MOS管特性參數(shù)
    以NMOS管IRF530N為例
    半導體,場效應管
    在不同應用條件下我們關注的參數(shù)還是差別蠻大的。
    1、IDS:工作電流,大功率應用時要保證余量。
    2、PD:功率。
    3、VGS:柵極電壓,不能過大擊穿。
    4、VTH:柵極開啟電壓,一般在幾V。
    5、RDS(on):導通電阻,決定了DS之間的壓降,越小越好,一般在幾十毫歐。
    6、IGSS:柵極漏電流。
    7、IDSS:源漏之間漏電流,在一些小電流應用中要特別注意漏電流參數(shù)的影響。
    8、Cgs:柵極電容,決定了開啟速度。
    9、Gm:低頻跨導,反應VGS對電流的控制能力,在放大應用中注意。
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