绝缘栅型场效应管(Insulated Gate Field Effect Transistor,IGFET),通常指的是金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET),是一种利用半导体表面的电场效应来控制电流的电子器件。MOSFET的栅极与半导体之间由一层绝缘体(通常是二氧化硅)隔开,因此有很高的输入电阻,一般大于1000MΩ(即1GΩ)。这种结构极大地减少了栅极电流,从而使得MOSFET具有非常高的输入阻抗,使其非常适合用于高输入阻抗的应用。 根据工作特性,MOSFET主要分为增强型(Enhancement type)和耗尽型(Depletion type)两大类: 1. 增强型MOSFET:在VGS(栅源电压)等于零时,漏源之间不存在导电沟道。为了使器件开始导电,需要通过正向偏置的VGS来吸引电子,形成导电沟道。这种类型的MOSFET工作时需要开启电压VT,只有当VGS超过VT时,器件才能导电。 2. 耗尽型MOSFET:VGS为零时漏源之间已存在导电沟道。正向或负向的VGS都可以改变沟道的厚度,从而控制漏极电流iD。耗尽型MOSFET可以用于在零偏压下控制电流。 以N沟道增强型MOSFET为例,其结构与符号主要由以下几个部分组成: - 一块P型半导体基底,其上扩散两个N型区域,作为漏极和源极。 - 表面覆盖一层二氧化硅绝缘层,作为栅极介质。 - 栅极引出电极,连接外部电路。 工作原理说明: - 当VGS=0时,漏极和源极之间没有导电沟道,因为器件内部至少存在一个PN结反偏,所以漏源之间无法形成电流iD。 - 当VGS大于零时,栅极下方的二氧化硅绝缘层中会产生电场,排斥P型半导体中的多子空穴,同时吸引N型半导体中的少子电子。随着VGS增加,P型半导体表面形成由电子组成的反型层,此时漏极和源极之间形成导电沟道。 - 当VGS达到开启电压VT时,反型层形成,沟道导电性增强,漏极电流iD随着VDS(漏源电压)的升高而增大。 - 如果VGS继续增大,而VDS也增大到一定程度,靠近漏极的沟道将被夹断,形成夹断区。在这种情况下,即使VDS继续增加,漏极电流iD保持不变。 符号方面,N沟道和P沟道的MOSFET使用不同的符号来表示,以区分它们的导电类型和工作特性。N沟道器件通常用箭头指向内部表示电子流动的方向,而P沟道器件则相反。 需要注意的是,在实际应用中,MOSFET的性能受到诸多因素的影响,如电压和温度的变化、工艺差异等,因此,合理设计电路并充分理解MOSFET的工作原理和特性对于确保电路的可靠性和性能至关重要。
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