2.1二极管、三极管、MOS管的开关特性.ppt

2.1 二极管、三极管、MOS管的开关特性 半导体基础知识 二极管的开关特性 先来看一个单向阀的特性 4.三极管的主要参数 ? 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用 当UGS＞UT，且固定为某一值时，来分析漏源电压UDS对 漏极电流ID的影响。UDS的不同变化对沟道的影响。 ? 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用 MOS管 场效应管与晶体管的区别 1. 晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。 2. 晶体管参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件； 场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子， 因此称其为单级型器件：单极性晶体管、单极性三极管。 场效应管 N沟道场效应管 P沟道场效应管 场效应管 结型场效应管 MOS型场效应管 场效应管 增强型场效应管 耗尽型场效应管 MOS场效应管 N沟道增强型的MOS管 P沟道增强型的MOS管 N沟道耗尽型的MOS管 P沟道耗尽型的MOS管 ? N沟道增强型MOS场效应管结构 增强型MOS场效应管 漏极D→集电极C 源极S→发射极E 栅极G→基极B 衬底B 电极—金属 绝缘层—氧化物 基体—半导体 因此称之为MOS管 当UGS较小时，虽然在P型衬底表面有电子出现，但还行不成导电沟道，不能导电。 ? N沟道增强型MOS场效应管工作原理 增强型MOS管 UDS ID + + - - + + - - + + + + - - - - UGS 反型层 当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论UDS之间怎样加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID≈0. 当UGSUT时, 沟道加厚，沟道电阻减少，在相同UDS的作用下，ID将进一步增加 当UGS=UT时, 在P型衬底表面形成一层电子层，形成N型导电沟道，在UDS的作用下形成ID。 开始无导电沟道， 当在UGS?UT时才形 成沟道,这种类型的管 子称为增强型MOS管 ? N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 增强型MOS管 UDS一定时，UGS对漏极电流ID的控制关系曲线 ID=f(UGS)?UDS=C 转移特性曲线 UDSUGS-UT UGS(V) ID(mA) UT 在恒流区，ID与UGS的关系为 ID≈K(UGS-UT)2 沟道较短时，应考虑UDS对 沟道长度的调节作用： ID≈K(UGS-UT)2（1+?UDS) K—导电因子（mA/V2) ?—沟道调制长度系数 ?n—沟道内电子的表面迁移率 COX—单位面积栅氧化层电容 W—沟道宽度 L—沟道长度 Sn—沟道长宽比 K—本征导电因子 ? N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 增强型MOS管 UGS一定时， ID与UDS的变化曲线，是一族曲线 ID=f(UDS)?UGS=C 输出特性曲线 1.可变电阻区： ID与UDS的关系近线性 ID≈ 2K(UGS-UT)UDS UGS=6V UGS=4V UGS=5V UGS=3V UGS=UT=3V UGS(V) ID(mA) 当UGS变化时，RON将随之变化 因此称之为可变电阻区 当UGS一定时，RON近似为一常数 因此又称之为恒阻区 ? N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 增强型MOS管 输出特性曲线 2. 恒流区： 该区内，UGS一定，ID基本不随UDS变化而变 3.击穿区： UDS 增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。 当UDS 增加到某一临界值时，ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。 UGS=6V UGS=4V UGS=5V UGS=3V UGS=UT=3V UGS(V) ID(mA) UDS=UDG＋UGS =－UGD＋UGS UGD=UGS－UDS 当UDS为0或较小时，相当 UGD＞UT， 此时UDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在UDS作用下形成ID 增强型MOS管 当UDS增加到使UGD=UT时， 当UDS增加到UGD?UT时， 增强型MOS管 这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。此时的漏极电流ID 基本饱和 此时预夹断区域加长，伸向S极。 UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， ID基本趋于不变。 * 2.本征半导体 1.半导体: 3.掺杂半导体： 不仅有电子载流子，还有空穴载流子 ① P型半导体 ② N型半导体 理想开关特性的静态特性： 闭合时电阻为0 实际上开关闭合时总是有一个很小的电阻，断开时电阻不可能为∞，转换过程总要花一定的时间