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半导体技术知识-半导体元器件FET场效应管分类及其技术详解-KIA MOS管

dota2赛事竞猜信息来源:本站 日期:2019-12-13 

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半导体技术知识-半导体元器件FET场效应管分类及其技术详解

作为和双极型晶体管三极管对应的一种单极型晶体管就是FET场效应管,所谓的场效应就是利用电场的效应来控制器件导通。这里场效应管也有几种分类:


半导体,场效应管


JFET伏安特性曲线


半导体,场效应管


过程分析:

1、VDS不变,随着GS电压反向增大时,PN之间的耗尽层增大,意思是由于电场作用导致P区边缘聚集更多空穴,这样中间的沟道越来越小,最后沟道被夹断。这个过程中DS之间的电阻越来越大,实际上是一个受控于VGS的可变电阻。


2、VGS不变,随着VDS电压增大,电流通过沟道,这样也导致沿着沟道有电位梯度差,就是每个点的VGS不一样了。这样形成的沟道宽度每个点都不一样。因此,VDS增大同时又会导致沟道变窄,阻碍电流,但是一定范围内,VDS还是以增大电流为主。

VDS继续增大,当沟道开始夹断时,夹断区域随着VDS增大沿着沟道不断扩大,这个时候,VDS对电流的推动作用和随之变大的DS之间电阻对电流的阻碍作用基本抵消,漏电流处于饱和状态,直到沟道完全夹断。


沟道完全夹断后,电压继续增大,漏电流也会增大,最终击穿损坏。如上面图中的特性曲线所示 :


半导体,场效应管


3、如上分析:在夹断之前为可变电阻区(放大区),夹断中为恒流区(饱和区),VGS小于开启电压时关断(截止区)。


可以知道VGS越大,VDS的开始夹断电压就越小,因为反向的VGS本来就是形成耗尽层的电压动力。和不断增大的VDS同向。


JFET的特性

1、沟道在半导体内部,噪声极小。知道这一点就够了,看一些精密运放设计就明白了所谓的前级输入为JFET的优势。


为了进一步提高输入阻抗,输入级栅极采用了Sio2和铝。这样完全绝缘可以使得输入阻抗高达10的15次方欧姆,这样功耗也会更低。


半导体,场效应管


NMOS的结构就是在P型衬底上扩散形成两个N型区,这样在表面形成导电沟道。MOS管里所有的PN结必须 保证反偏,因此,在以P型为衬底的NMOS管结构中,衬底接地GND,而PMOS的衬底必须接电源VCC。


半导体,场效应管


过程分析:

1、类似于上面的JFET,VGS正向增大时,VGS>VTH, 在Sio2表面开始聚集电子,逐渐形成N型的沟道。这时MOS管类似一个受控于VGS的可变电阻.VDS=0时形成的是电位均匀的导电沟道。


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2、当VGS>VTH,且VDS


半导体,场效应管


3、当VGS>VTH,且VDS>VGS-VTH时,这时由于VDS过大,造成靠近D端的沟道开始被夹断了,因为VGS和VDS在沟道上的电场作用是相反的。夹断点慢慢右移,参考JFET沟道,此时电流基本恒定,处于饱和区。


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4、VDS继续增大的话就会造成MOS管击穿,MOS的击穿有几种可能:


(1)VDS足够大,漏极D和衬底之间的反偏二极管雪崩击穿。


(2)DS之间击穿,穿通击穿。


(3)最容易击穿的是栅极,很薄的Sio2层,因此必须加以保护,不使用时接电位处理。


耗尽型MOS:

耗尽型MOS的特点就是VGS为负压时导通,实际应用中太少,就不说了。


MOS管放大电路:

MOS管的放大电路参考与三极管,同样也分为共源极、共栅极、共漏极放大器。然后提供偏压让MOS管工作在线性区。


半导体,场效应管

半导体,场效应管

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功率MOSFET

这里介绍一下用作大功率器件的MOS管,因为目前在功率应用领域相关器件种类很多。


作为功率和非功率型MOSFET在结构上是有很大区别的:


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功率MOS的基本结构DMOS:双扩散型MOS。


D和S极面对面,耐压值高。


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MOS管特性参数

以NMOS管IRF530N为例


半导体,场效应管


在不同应用条件下我们关注的参数还是差别蛮大的。


1、IDS:工作电流,大功率应用时要保证余量。


2、PD:功率。


3、VGS:栅极电压,不能过大击穿。


4、VTH:栅极开启电压,一般在几V。


5、RDS(on):导通电阻,决定了DS之间的压降,越小越好,一般在几十毫欧。


6、IGSS:栅极漏电流。


7、IDSS:源漏之间漏电流,在一些小电流应用中要特别注意漏电流参数的影响。


8、Cgs:栅极电容,决定了开启速度。


9、Gm:低频跨导,反应VGS对电流的控制能力,在放大应用中注意。


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