场效应管解析与内部载流子的运动图文分享-KIA MOS管

场效应管解析与内部载流子的运动

场效应管

1.结型场效应管 JFET

2.绝缘栅型场效应管（主讲这个）1962年造出来的，又称MOSFET,简称MOS管，在这个基础上建出来了CMOS电路。

N沟道增强型MOS管

结构

g极下面是二氧化硅，N型半导体和P衬底之间的是PN结。

g 栅极（控制极） s源极（载流子源泉） d 漏极（载流子的漏出处）

对应三极管b e c理解

因为栅极和谁都绝缘，所以叫做绝缘栅；它爬在二氧化硅上。

工作原理-内部载流子的运动

提出问题：

源极的电子怎么跑到漏极？没有渠道是怎么跑过去的？电子透过PN结直接跑到P型半导体就死掉了，那源极电子是怎么跑到漏极的呢？

且看下图：

内部载流子的运动：衬底与s相连。与地连接在一起的地方叫做源极，如果有四个极，那么衬底就是没连，这个时候源极和漏极是可以互换的。但是一旦衬底与某一个连了，那么一般称相连的那个就是源极，考究其原因。

1.Uds=0的时候，s与衬底相连，Ugs>0的时候，图a，因为Ugs大于0，在电场力的作用下，将二氧化硅下面的空穴全部踢走了，下面成为了一个耗尽层，Ugs持续增大的时候，空穴踢跑自由电子吸上去了，就是图b，形成了一个沟道（反型层），自由电子形成的沟道，所以叫做N沟道。

沟道宽度与Ugs电压有关，成正比，沟道的宽窄决定了ds两极之间的电阻的大小，ds之间就得到了一个可以用电压控制的可变电阻器。Ugs决定了Rds。

2.沟道形成得电压叫做Ugs(th)开启电压，沟道形成之后保持Ugs保持不变，此时想让ds之间有电流，就在ds两边加电压，如下图：

看图a，随着Uds得逐渐增大，漏极慢慢变窄了，Id逐渐增大，此时的Id受Uds的控制，但是为什么会变窄呢，先看s极，s极一开始与衬底相连，两边点位相等，此时s极与漏极沟道两侧的电势差都是Ugs，当给d加电压Uds时，d的电势变成了Ud，所以此时d侧的沟道下方电位不再是s，变成了Ud，所以此时沟道右侧的电势差是Ug-Ud。

图b，d侧沟道慢慢闭合了，此时的Ugs-Uds=Ugs（th），此时叫做预夹断，不会真的夹断，动态平衡，因为夹断之后没电流了，没有电流就没有压降，此时沟道又会打开（这块不是很清晰，有待各位大神补充），此时Uds再增加，缝隙变长图c，Rds电阻变大，此时Id几乎不变了（恒流），因为增加的电压都去抵抗增加的Rds了，此时的Id只和Ugs的大小有关。此时Id的大小与Ugs之间的电压成比例。

N沟道耗尽型MOS管

和结型类似。

让上面一层二氧化硅里面带正电，天生有沟道。对比增强型。

Ugs（off），夹断电压。当Ugs>Ugs(off)，此时都有沟道。N型的Ugs（off）是负的很好理解。

结型场效应管

两个高浓度的P型半导体。

Ugs加反压，（PN结）耗尽层变宽，沟道变窄

图c加到夹断。Ugs（off）真夹断，不是预夹断。

这里的图c是预夹断，出现恒流区。

问题

1.Uds>0的时候为什么上面变窄了？类比绝缘栅型，因为上面的电势差变成了Ug-Ud，而下面的电势差还是Ug-Us。Ud>Us,所以上面反偏电压变大，而值变小Ug本就是负的，减去Ud之后更小了，所以耗尽层变宽，沟道变窄。

2.Ugs为什么要小于0？因为若是大于0PN结就导通了，就不存在耗尽层了。所以想要使用就必须使Ugs必须反偏也就是小于0。

结型不容易坏，绝缘栅型的那层二氧化硅很薄，那块相当于一个电容，容易打穿。

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