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位置:首页 > IC型号导航 > 首字符A型号页 > 首字符A的型号第1591页 > AN101
AN101
简介场效应管
介绍
所述场效应晶体管的基本原理(FET )具有
自1925年乙脑利林费尔德的专利被称为
在由肖克利FET的理论描述
1952铺平了道路的经典电子 - 发展
IC器件提供设计手段AC-
complish几乎所有的电路功能。有一段时间,该
场效应晶体管被称为“单极”晶体管
器。该术语是指这样的事实,电流被输送
通过一个极性(多数)的载体,而在CON组
两种极性的常规双极晶体管的载体
(多数派和少数派),都参与其中。
本应用笔记提供了一个洞察本质
场效应管,并在其基本特征简略地谈到,之三
术语进行,参数和典型应用。
的FET应用下面的列表显示了ver-
satility场效应管系列:
放大器器
S
小信号
S
低失真
S
高增益
S
低噪音
S
选择性
S
DC
S
高频
FET器件(图1)的家族树可以被划分
分为两个主要分支,结场效应晶体管( JFET的)和Insu-
迟来门场效应管( MOSFET的或金属 - 氧化物 - semicon-
导体场效应晶体管) 。结场效应晶体管在 -
herently耗尽型器件,以及在可用的
两个n型和p型沟道结构。 MOSFET是
可在这两个增强和耗尽模式,并
还存在两个n沟道和p沟道器件。两个主
FET集团依靠其OP-不同的现象
关合作,以及将单独讨论。
结场效应晶体管
在其最基本的形式中,该晶体管由一个
片的高电阻率的半导体材料(通常为
硅),其构成为广大携带者的信道
呃流动。此电流的大小是由一个控制
电压施加到栅极,这是一个反向偏置的pn
结沿着通道形成。隐在这DE-
scription是JFET之间的根本区别
双极型器件:当所述JFET结被反向偏置
栅极电流几乎为零,而基极电流
租金双极晶体管总是有一些价值更高
于零。 JFET的是一个高输入电阻器件,
而该双极晶体管的输入电阻是的COM
paratively低。如果信道被掺杂有施主impu-
RITY , n型材料形成和沟道电流
将包括电子。如果信道被掺杂有
受主杂质, p型材料将被形成,并且
路电流将包括孔。 N沟道器件
具有比p沟道类型更大的导电性,因为
电子具有比孔高流动性;因此正信
NEL JFET的大约两倍的效率的导体
相比于它们的p-通道对应。
开关
S
斩波式
S
模拟门
S
通讯
保护二极管
S
低漏电
限流
压控电阻
调音台
振荡器
场效应管
连接点
MOS
耗竭
增强
不可能
p
n
耗竭
增强
n
p
n
p
图1 。
FET家谱
更新本应用笔记可以通过传真致电Siliconix公司FaxBack , 1-408-970-5600索取。请要求FaxBack文档# 70594 。
Siliconix公司
10-Mar-97
1
AN101
除了沟道材料中的JFET包含两个
欧姆(非整流)接触:源极和漏极。
这些示于图2。由于一个对称的几何形状决定
尝试显示在理想化的JFET芯片,它是不重要
该接触被称为源极和这就是所谓的
沥干;所述JFET将传导电流同样在任
方向和所述源极和漏极引线通常是跨
多变。
氮源
层为V
DS
增加。该曲线接近水平
极限电流I
DSS
当我
D
开始被夹断。
本学期的物理意义导致了一个定义
夹断电压V的
P
,这是V的值
DS
at
其中,最大余
DSS
FL OWS 。
V
DS
& LT ; V
P
通道
N漏
S
P
N
耗竭
P
P-门
采取的FET的n型沟道的最终形式嵌入在p型
基材。
G
D
N沟道
图2中。
的N沟道理想化结构
结型场效应管
3a)
N沟道场效应管工作在欧姆区(V
GS
=
0 V ) (消耗仅显示在通道区)
(对于特定的JFET的应用,如高频
放大器,一个非对称的几何形状,优选为
低电容和改善的频率响应。在
这些情况下,源极和漏极引线不应间
改变。 )
图3示出了如何JFET的功能。如果门是CON-
连接至所述源极,则所施加的电压(V
DS
)会
栅极和漏极之间出现。由于pn结junc-
灰是反向偏置的,几乎没有电流会流过栅极
连接。建立将形成的电位梯度
耗尽层,其中几乎所有的电子本
在n型沟道将被一扫而空。最DE-
pleted部是在栅极和之间的高的场
漏,并且至少耗尽区是在栅极和间
源。因为电流沿着通道的流动
从(正)漏到(负)源是真
自由电子从源极流中的n型漏
硅,此电流的幅度会下降,因为更多sili-
自由电子骗子耗尽。是有一定限度
到漏极电流(I
D
),这增加了V
DS
会开车
通过该信道。这个极限电流被称为
I
DSS
(漏 - 源电流与栅极短路到
源) 。图B显示的几乎完全耗尽
在这些条件下的信道。
图3c示出了一个n沟道的输出特性
JFET的栅极短路连接到所述源。该
在我最初的崛起
D
是有关的耗尽的堆积
2
V
DS
& GT ; V
P
S
P
N
D
耗竭
P
G
3b)
N沟道场效应管工作在电流饱和
区(V
GS
= 0)
I
DSS
饱和区
当前
I
D
V
GS
= 0 V
欧姆
地区
V
P
V
DS
3c)
理想的输出特性为V
GS
= 0
网络连接gure 3 。
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AN101
在图4中,考虑的情况下V
DS
= 0,其中
一个负电压V
GS
被施加到栅极。再次,一个
耗尽层已经建立起来了。若V的值小
DS
现在应用,该耗尽层会限制所得到的
到的值低于会出现这种情况的沟道电流
对于V
GS
= 0。事实上,在V的值
GS
& GT ;
V
P
通道
电流会几乎完全切断。这个截止电压
年龄被称为栅极截止电压,并可以是
用符号V表示
P
或V
GS ( OFF )
. V
P
广泛使用的,在过去,但V
GS ( OFF )
现在是越来越有竞争
monly接受,因为它消除歧义BE-
吐温栅极截止和漏极夹断。
饱和区。在当前的饱和操作JFET的
化地区成为优秀的放大器。另外,在
欧姆区这两个V
GS
和V
DS
控制通道电流
出租,而在电流饱和区域V
DS
有一点
效果和V
GS
基本上控制我
D
.
图5b涉及在图5a中的曲线与实际税务局局长
扣器结构,并示出了多少米哪
可以连接到显示相关的条件
Ⅴ的任何组合
DS
和V
GS
。注意,方向
箭头在栅极的给出电流流动的方向
对于结的正向偏置状态。在实践中,
然而,它总是反向偏置。
p沟道JFET工作在精确相同的方式
n沟道JFET 。在制造过程中,平面工艺是
基本上反转,与受主杂质扩散
第一至n型硅,且供体的杂质扩散
后来,形成第二n型区域和离开一个p型
通道。在p沟道JFET的沟道电流是由于
到孔运动,而不是电子迁移率。 CON-
sequently ,所有施加的极性是相反的,沿
其方向与电流流动的方向。
总之,一个结型FET基本上由一个信的
半导体材料的NEL沿该电流的可能
流,其大小是两个电压V的函数
DS
和V
GS
。当V
DS
大于V
P
时,通道电流
租金由V很大程度上控制
GS
独自一人,因为V
GS
是AP-
合股到反向偏置结。由此产生的栅电流
租金是非常小的。
耗竭
S
P
V
GS
N
D
P
G
图4中。
N沟道FET显示耗竭由于
栅源电压和V
DS
= 0
图3和图4中的机制一起反应以亲
韦迪的输出特性,如图中所示的家庭
5A 。下面的夹断电压轨迹的面积是已知的
作为欧姆区:上述夹断面积是当前
V
DS
=
V
P
V
GS
I
DSS
V
GS
= 0
I
D
I
D
+
D
G
I
D
V
GS
= –V
V
GS
V
GS ( OFF )
+
S
V
DS
0
V
DS
V
P
5a)
家庭输出特性的
对于N沟道FET
图5中。
5b)
电路布局为N沟道场效应晶体管
Siliconix公司
10-Mar-97
3
AN101
MOSFET的
该金属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET),取决于
这样的事实:它实际上不是必需的,以形成一个半
一个场效应管来实现栅极的沟道上导体结
控制通道电流。在MOSFET ,金属
或多晶硅栅极被从信道分离用薄lay-
的二氧化硅(图6a)呃。虽然的底部
绝缘层与所述p型硅接触子
施特拉特,这发生在此界面的物理过程
支配的自由电子将积聚在界面
颠倒p型材料和自发形成
n型沟道。因此,传导路径之间的存在
扩散的n型沟道源区和漏区。
有,但是,一些基本的性能昼夜温差
MOSFET和JFET的之间ferences 。 JFET的,由NA-
TURE ,操作只能在耗尽模式。即,一个反向
栅极偏置耗尽,或夹断沟道电流的流动
租。一个MOSFET ,凭借其电绝缘
门,可以制造以执行如任一depletion-
模式或增强型场效应晶体管。相当不同的JFET ,
一个耗尽型MOSFET也将执行作为烯
hancement型FET 。
而绝大多数的JFET在用作描述
图3和图4中, MOSFET的可以假设几种形式和
操作中既耗尽/增强模式或烯
只有hancement模式。
G
S
金属
D
绝缘
N
P
V
GS
基板
G
S
I
D
D
I
D
+
V
DS
N
6a)
理想化的横截面的
N沟道耗尽型MOSFET的
6b)
电路安排
N沟道耗尽型MOSFET
V
DS
= V
GS
– V
GS ( TH)
欧姆地域特征
200
I
D
- 漏电流(mA )
160
–0.2 V
120
–0.4 V
80
–0.6 V
40
0
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
V
DS
- 漏源电压( V)
–0.8 V
–1 V
V
GS
= 0.2 V
1.0
0V
I
D
- 漏极电流( A)
0.8
0.6
0.4
欧姆地域特征
6V
V
GS
= 10 V
T
J
= 25_C
4V
5V
3V
0.2
2V
0
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
V
DS
- 漏源电压( V)
6c)
家庭输出特性的
对于N沟道耗尽型MOSFET
图6 。
6d)
家庭输出特性为
N沟道增强型MOSFET
4
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AN101
有三种类型的小信号MOSFET 。首先,我们
有平面的,横向MOSFET ,类似于在该示
图6a 。由于n掺杂沟道跨越的
从源极到漏极,它执行作为n沟道耗竭
化型MOSFET的方式没有什么不同的
耗尽型JFET时,正确的polar-的电压
两者均被施加到栅极,如图6b所示。然而,如果我们
正向偏置的栅极(即,将一个栅极电压,其
极性等于漏极电压极性)的额外elec-
轰击铅板将栅极下方吸引到的区域中,进一
疗法增强 - 和反相(从P到n)的区域。
作为沟道区变厚,沟道电阻
将进一步降低,从而允许更大的沟道电流
流量超出认定为我
DSS
正如我们在家庭中看到
在图6c中的输出特性。
的MOSFET ,也可以构成为增强 -
模式仅性能,如示于图7不同的是
耗尽型器件,该增强型MOSFET
提供源极和漏极之间不存在信道。直到一
在栅极正偏压增强的信道通过吸引
栅极氧化物下方的电子将电流开始流动
(图6d ) 。
来源
精确定义的短沟道而导致的“漂移
区域“从剩余的p型掺杂的硅所得
体和轻n型掺杂的离子注入。
来源
金属
氧化
尽管图7和图8示出了n沟道enhance-
换货模式DMOS场效应管,通过反向掺杂SE-
quences , p沟道DMOS场效应管可以很容易地进行制造。
此外,通过轻轻滑过短沟道掺杂
和漂移区,耗尽型DMOS FET的可
建造。
如短沟道的结果, MOSFET被允许
在“速度饱和度”,并作为一个结果,操作
漂移区的MOSFET提供更高的工作电压
老少皆宜。在一起,短沟道和漂移区提供
低导通电阻和低的极间电容,
特别是栅极到漏极,V
GD
.
速度饱和再加上低的极钙
pacitance为我们提供了高速和高频per-
性能。
N–
来源
金属
P+
氧化
N
N
P型硅
图7 。
平面增强型MOS横截面
N–
P+
较新的MOSFET提供更优异的性能是
横向双扩散或DMOS FET 。由于俪的
的光刻掩膜mitations ,早前, OLD-
呃式MOSFET受到严重限制了性能。
其中的一些前局限性涉及开关
速度,信道系数(过高的R
DS
) ,以及电流
租处理一般。横向DMOS FET删除
这些限制,提供的一个可行的替代方案
所述JFET和砷化镓场效应管,用于视频和高速
开关应用。
横向DMOS FET根本不同在其通道
建筑与旧的平面比较时MOSFET导
FET 。注意,双扩散源注入到im-
种植的p型掺杂沟道区中,在图8中示出
DMOS的改进的性能是两者的结果
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图9 。
垂直N沟道增强模式
DMOS FET
短沟道的新颖性的DMOS FET导致
又一个更先进,更高电压的变化, higher-
电流MOSFET :垂直双扩散MOSFET
(图9) 。其中,该垂直MOSFET提供了改进的
功率处理能力,其根本的缺点是
这是因为它的结构,并且对由于在较小程度上
它的大小,它失败挑战高速性能
的横向DMOS FET 。因此,垂直和lat-
ERAL DMOS场效应管相互补充,多种选择
的应用程序。
5
N+
N+
P
N–
P型硅
基板
网络连接gure 8 。
平面增强模式DMOS
N+
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简介场效应管
介绍
所述场效应晶体管的基本原理(FET )具有
自1925年乙脑利林费尔德的专利被称为
在由肖克利FET的理论描述
1952铺平了道路的经典电子 - 发展
IC器件提供设计手段AC-
complish几乎所有的电路功能。有一段时间,该
场效应晶体管被称为“单极”晶体管
器。该术语是指这样的事实,电流被输送
通过一个极性(多数)的载体,而在CON组
两种极性的常规双极晶体管的载体
(多数派和少数派),都参与其中。
本应用笔记提供了一个洞察本质
场效应管,并在其基本特征简略地谈到,之三
术语进行,参数和典型应用。
的FET应用下面的列表显示了ver-
satility场效应管系列:
放大器器
S
小信号
S
低失真
S
高增益
S
低噪音
S
选择性
S
DC
S
高频
FET器件(图1)的家族树可以被划分
分为两个主要分支,结场效应晶体管( JFET的)和Insu-
迟来门场效应管( MOSFET的或金属 - 氧化物 - semicon-
导体场效应晶体管) 。结场效应晶体管在 -
herently耗尽型器件,以及在可用的
两个n型和p型沟道结构。 MOSFET是
可在这两个增强和耗尽模式,并
还存在两个n沟道和p沟道器件。两个主
FET集团依靠其OP-不同的现象
关合作,以及将单独讨论。
结场效应晶体管
在其最基本的形式中,该晶体管由一个
片的高电阻率的半导体材料(通常为
硅),其构成为广大携带者的信道
呃流动。此电流的大小是由一个控制
电压施加到栅极,这是一个反向偏置的pn
结沿着通道形成。隐在这DE-
scription是JFET之间的根本区别
双极型器件:当所述JFET结被反向偏置
栅极电流几乎为零,而基极电流
租金双极晶体管总是有一些价值更高
于零。 JFET的是一个高输入电阻器件,
而该双极晶体管的输入电阻是的COM
paratively低。如果信道被掺杂有施主impu-
RITY , n型材料形成和沟道电流
将包括电子。如果信道被掺杂有
受主杂质, p型材料将被形成,并且
路电流将包括孔。 N沟道器件
具有比p沟道类型更大的导电性,因为
电子具有比孔高流动性;因此正信
NEL JFET的大约两倍的效率的导体
相比于它们的p-通道对应。
开关
S
斩波式
S
模拟门
S
通讯
保护二极管
S
低漏电
限流
压控电阻
调音台
振荡器
场效应管
连接点
MOS
耗竭
增强
不可能
p
n
耗竭
增强
n
p
n
p
图1 。
FET家谱
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Siliconix公司
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除了沟道材料中的JFET包含两个
欧姆(非整流)接触:源极和漏极。
这些示于图2。由于一个对称的几何形状决定
尝试显示在理想化的JFET芯片,它是不重要
该接触被称为源极和这就是所谓的
沥干;所述JFET将传导电流同样在任
方向和所述源极和漏极引线通常是跨
多变。
氮源
层为V
DS
增加。该曲线接近水平
极限电流I
DSS
当我
D
开始被夹断。
本学期的物理意义导致了一个定义
夹断电压V的
P
,这是V的值
DS
at
其中,最大余
DSS
FL OWS 。
V
DS
& LT ; V
P
通道
N漏
S
P
N
耗竭
P
P-门
采取的FET的n型沟道的最终形式嵌入在p型
基材。
G
D
N沟道
图2中。
的N沟道理想化结构
结型场效应管
3a)
N沟道场效应管工作在欧姆区(V
GS
=
0 V ) (消耗仅显示在通道区)
(对于特定的JFET的应用,如高频
放大器,一个非对称的几何形状,优选为
低电容和改善的频率响应。在
这些情况下,源极和漏极引线不应间
改变。 )
图3示出了如何JFET的功能。如果门是CON-
连接至所述源极,则所施加的电压(V
DS
)会
栅极和漏极之间出现。由于pn结junc-
灰是反向偏置的,几乎没有电流会流过栅极
连接。建立将形成的电位梯度
耗尽层,其中几乎所有的电子本
在n型沟道将被一扫而空。最DE-
pleted部是在栅极和之间的高的场
漏,并且至少耗尽区是在栅极和间
源。因为电流沿着通道的流动
从(正)漏到(负)源是真
自由电子从源极流中的n型漏
硅,此电流的幅度会下降,因为更多sili-
自由电子骗子耗尽。是有一定限度
到漏极电流(I
D
),这增加了V
DS
会开车
通过该信道。这个极限电流被称为
I
DSS
(漏 - 源电流与栅极短路到
源) 。图B显示的几乎完全耗尽
在这些条件下的信道。
图3c示出了一个n沟道的输出特性
JFET的栅极短路连接到所述源。该
在我最初的崛起
D
是有关的耗尽的堆积
2
V
DS
& GT ; V
P
S
P
N
D
耗竭
P
G
3b)
N沟道场效应管工作在电流饱和
区(V
GS
= 0)
I
DSS
饱和区
当前
I
D
V
GS
= 0 V
欧姆
地区
V
P
V
DS
3c)
理想的输出特性为V
GS
= 0
网络连接gure 3 。
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在图4中,考虑的情况下V
DS
= 0,其中
一个负电压V
GS
被施加到栅极。再次,一个
耗尽层已经建立起来了。若V的值小
DS
现在应用,该耗尽层会限制所得到的
到的值低于会出现这种情况的沟道电流
对于V
GS
= 0。事实上,在V的值
GS
& GT ;
V
P
通道
电流会几乎完全切断。这个截止电压
年龄被称为栅极截止电压,并可以是
用符号V表示
P
或V
GS ( OFF )
. V
P
广泛使用的,在过去,但V
GS ( OFF )
现在是越来越有竞争
monly接受,因为它消除歧义BE-
吐温栅极截止和漏极夹断。
饱和区。在当前的饱和操作JFET的
化地区成为优秀的放大器。另外,在
欧姆区这两个V
GS
和V
DS
控制通道电流
出租,而在电流饱和区域V
DS
有一点
效果和V
GS
基本上控制我
D
.
图5b涉及在图5a中的曲线与实际税务局局长
扣器结构,并示出了多少米哪
可以连接到显示相关的条件
Ⅴ的任何组合
DS
和V
GS
。注意,方向
箭头在栅极的给出电流流动的方向
对于结的正向偏置状态。在实践中,
然而,它总是反向偏置。
p沟道JFET工作在精确相同的方式
n沟道JFET 。在制造过程中,平面工艺是
基本上反转,与受主杂质扩散
第一至n型硅,且供体的杂质扩散
后来,形成第二n型区域和离开一个p型
通道。在p沟道JFET的沟道电流是由于
到孔运动,而不是电子迁移率。 CON-
sequently ,所有施加的极性是相反的,沿
其方向与电流流动的方向。
总之,一个结型FET基本上由一个信的
半导体材料的NEL沿该电流的可能
流,其大小是两个电压V的函数
DS
和V
GS
。当V
DS
大于V
P
时,通道电流
租金由V很大程度上控制
GS
独自一人,因为V
GS
是AP-
合股到反向偏置结。由此产生的栅电流
租金是非常小的。
耗竭
S
P
V
GS
N
D
P
G
图4中。
N沟道FET显示耗竭由于
栅源电压和V
DS
= 0
图3和图4中的机制一起反应以亲
韦迪的输出特性,如图中所示的家庭
5A 。下面的夹断电压轨迹的面积是已知的
作为欧姆区:上述夹断面积是当前
V
DS
=
V
P
V
GS
I
DSS
V
GS
= 0
I
D
I
D
+
D
G
I
D
V
GS
= –V
V
GS
V
GS ( OFF )
+
S
V
DS
0
V
DS
V
P
5a)
家庭输出特性的
对于N沟道FET
图5中。
5b)
电路布局为N沟道场效应晶体管
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AN101
MOSFET的
该金属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET),取决于
这样的事实:它实际上不是必需的,以形成一个半
一个场效应管来实现栅极的沟道上导体结
控制通道电流。在MOSFET ,金属
或多晶硅栅极被从信道分离用薄lay-
的二氧化硅(图6a)呃。虽然的底部
绝缘层与所述p型硅接触子
施特拉特,这发生在此界面的物理过程
支配的自由电子将积聚在界面
颠倒p型材料和自发形成
n型沟道。因此,传导路径之间的存在
扩散的n型沟道源区和漏区。
有,但是,一些基本的性能昼夜温差
MOSFET和JFET的之间ferences 。 JFET的,由NA-
TURE ,操作只能在耗尽模式。即,一个反向
栅极偏置耗尽,或夹断沟道电流的流动
租。一个MOSFET ,凭借其电绝缘
门,可以制造以执行如任一depletion-
模式或增强型场效应晶体管。相当不同的JFET ,
一个耗尽型MOSFET也将执行作为烯
hancement型FET 。
而绝大多数的JFET在用作描述
图3和图4中, MOSFET的可以假设几种形式和
操作中既耗尽/增强模式或烯
只有hancement模式。
G
S
金属
D
绝缘
N
P
V
GS
基板
G
S
I
D
D
I
D
+
V
DS
N
6a)
理想化的横截面的
N沟道耗尽型MOSFET的
6b)
电路安排
N沟道耗尽型MOSFET
V
DS
= V
GS
– V
GS ( TH)
欧姆地域特征
200
I
D
- 漏电流(mA )
160
–0.2 V
120
–0.4 V
80
–0.6 V
40
0
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
V
DS
- 漏源电压( V)
–0.8 V
–1 V
V
GS
= 0.2 V
1.0
0V
I
D
- 漏极电流( A)
0.8
0.6
0.4
欧姆地域特征
6V
V
GS
= 10 V
T
J
= 25_C
4V
5V
3V
0.2
2V
0
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
V
DS
- 漏源电压( V)
6c)
家庭输出特性的
对于N沟道耗尽型MOSFET
图6 。
6d)
家庭输出特性为
N沟道增强型MOSFET
4
Siliconix公司
10-Mar-97
AN101
有三种类型的小信号MOSFET 。首先,我们
有平面的,横向MOSFET ,类似于在该示
图6a 。由于n掺杂沟道跨越的
从源极到漏极,它执行作为n沟道耗竭
化型MOSFET的方式没有什么不同的
耗尽型JFET时,正确的polar-的电压
两者均被施加到栅极,如图6b所示。然而,如果我们
正向偏置的栅极(即,将一个栅极电压,其
极性等于漏极电压极性)的额外elec-
轰击铅板将栅极下方吸引到的区域中,进一
疗法增强 - 和反相(从P到n)的区域。
作为沟道区变厚,沟道电阻
将进一步降低,从而允许更大的沟道电流
流量超出认定为我
DSS
正如我们在家庭中看到
在图6c中的输出特性。
的MOSFET ,也可以构成为增强 -
模式仅性能,如示于图7不同的是
耗尽型器件,该增强型MOSFET
提供源极和漏极之间不存在信道。直到一
在栅极正偏压增强的信道通过吸引
栅极氧化物下方的电子将电流开始流动
(图6d ) 。
来源
精确定义的短沟道而导致的“漂移
区域“从剩余的p型掺杂的硅所得
体和轻n型掺杂的离子注入。
来源
金属
氧化
尽管图7和图8示出了n沟道enhance-
换货模式DMOS场效应管,通过反向掺杂SE-
quences , p沟道DMOS场效应管可以很容易地进行制造。
此外,通过轻轻滑过短沟道掺杂
和漂移区,耗尽型DMOS FET的可
建造。
如短沟道的结果, MOSFET被允许
在“速度饱和度”,并作为一个结果,操作
漂移区的MOSFET提供更高的工作电压
老少皆宜。在一起,短沟道和漂移区提供
低导通电阻和低的极间电容,
特别是栅极到漏极,V
GD
.
速度饱和再加上低的极钙
pacitance为我们提供了高速和高频per-
性能。
N–
来源
金属
P+
氧化
N
N
P型硅
图7 。
平面增强型MOS横截面
N–
P+
较新的MOSFET提供更优异的性能是
横向双扩散或DMOS FET 。由于俪的
的光刻掩膜mitations ,早前, OLD-
呃式MOSFET受到严重限制了性能。
其中的一些前局限性涉及开关
速度,信道系数(过高的R
DS
) ,以及电流
租处理一般。横向DMOS FET删除
这些限制,提供的一个可行的替代方案
所述JFET和砷化镓场效应管,用于视频和高速
开关应用。
横向DMOS FET根本不同在其通道
建筑与旧的平面比较时MOSFET导
FET 。注意,双扩散源注入到im-
种植的p型掺杂沟道区中,在图8中示出
DMOS的改进的性能是两者的结果
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10-Mar-97
图9 。
垂直N沟道增强模式
DMOS FET
短沟道的新颖性的DMOS FET导致
又一个更先进,更高电压的变化, higher-
电流MOSFET :垂直双扩散MOSFET
(图9) 。其中,该垂直MOSFET提供了改进的
功率处理能力,其根本的缺点是
这是因为它的结构,并且对由于在较小程度上
它的大小,它失败挑战高速性能
的横向DMOS FET 。因此,垂直和lat-
ERAL DMOS场效应管相互补充,多种选择
的应用程序。
5
N+
N+
P
N–
P型硅
基板
网络连接gure 8 。
平面增强模式DMOS
N+
AN101
简介场效应管
介绍
所述场效应晶体管的基本原理(FET )具有
自1925年乙脑利林费尔德的专利被称为
在由肖克利FET的理论描述
1952铺平了道路的经典电子 - 发展
IC器件提供设计手段AC-
complish几乎所有的电路功能。有一段时间,该
场效应晶体管被称为“单极”晶体管
器。该术语是指这样的事实,电流被输送
通过一个极性(多数)的载体,而在CON组
两种极性的常规双极晶体管的载体
(多数派和少数派),都参与其中。
本应用笔记提供了一个洞察本质
场效应管,并在其基本特征简略地谈到,之三
术语进行,参数和典型应用。
的FET应用下面的列表显示了ver-
satility场效应管系列:
放大器器
S
小信号
S
低失真
S
高增益
S
低噪音
S
选择性
S
DC
S
高频
FET器件(图1)的家族树可以被划分
分为两个主要分支,结场效应晶体管( JFET的)和Insu-
迟来门场效应管( MOSFET的或金属 - 氧化物 - semicon-
导体场效应晶体管) 。结场效应晶体管在 -
herently耗尽型器件,以及在可用的
两个n型和p型沟道结构。 MOSFET是
可在这两个增强和耗尽模式,并
还存在两个n沟道和p沟道器件。两个主
FET集团依靠其OP-不同的现象
关合作,以及将单独讨论。
结场效应晶体管
在其最基本的形式中,该晶体管由一个
片的高电阻率的半导体材料(通常为
硅),其构成为广大携带者的信道
呃流动。此电流的大小是由一个控制
电压施加到栅极,这是一个反向偏置的pn
结沿着通道形成。隐在这DE-
scription是JFET之间的根本区别
双极型器件:当所述JFET结被反向偏置
栅极电流几乎为零,而基极电流
租金双极晶体管总是有一些价值更高
于零。 JFET的是一个高输入电阻器件,
而该双极晶体管的输入电阻是的COM
paratively低。如果信道被掺杂有施主impu-
RITY , n型材料形成和沟道电流
将包括电子。如果信道被掺杂有
受主杂质, p型材料将被形成,并且
路电流将包括孔。 N沟道器件
具有比p沟道类型更大的导电性,因为
电子具有比孔高流动性;因此正信
NEL JFET的大约两倍的效率的导体
相比于它们的p-通道对应。
开关
S
斩波式
S
模拟门
S
通讯
保护二极管
S
低漏电
限流
压控电阻
调音台
振荡器
场效应管
连接点
MOS
耗竭
增强
不可能
p
n
耗竭
增强
n
p
n
p
图1 。
FET家谱
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1
AN101
除了沟道材料中的JFET包含两个
欧姆(非整流)接触:源极和漏极。
这些示于图2。由于一个对称的几何形状决定
尝试显示在理想化的JFET芯片,它是不重要
该接触被称为源极和这就是所谓的
沥干;所述JFET将传导电流同样在任
方向和所述源极和漏极引线通常是跨
多变。
氮源
层为V
DS
增加。该曲线接近水平
极限电流I
DSS
当我
D
开始被夹断。
本学期的物理意义导致了一个定义
夹断电压V的
P
,这是V的值
DS
at
其中,最大余
DSS
FL OWS 。
V
DS
& LT ; V
P
通道
N漏
S
P
N
耗竭
P
P-门
采取的FET的n型沟道的最终形式嵌入在p型
基材。
G
D
N沟道
图2中。
的N沟道理想化结构
结型场效应管
3a)
N沟道场效应管工作在欧姆区(V
GS
=
0 V ) (消耗仅显示在通道区)
(对于特定的JFET的应用,如高频
放大器,一个非对称的几何形状,优选为
低电容和改善的频率响应。在
这些情况下,源极和漏极引线不应间
改变。 )
图3示出了如何JFET的功能。如果门是CON-
连接至所述源极,则所施加的电压(V
DS
)会
栅极和漏极之间出现。由于pn结junc-
灰是反向偏置的,几乎没有电流会流过栅极
连接。建立将形成的电位梯度
耗尽层,其中几乎所有的电子本
在n型沟道将被一扫而空。最DE-
pleted部是在栅极和之间的高的场
漏,并且至少耗尽区是在栅极和间
源。因为电流沿着通道的流动
从(正)漏到(负)源是真
自由电子从源极流中的n型漏
硅,此电流的幅度会下降,因为更多sili-
自由电子骗子耗尽。是有一定限度
到漏极电流(I
D
),这增加了V
DS
会开车
通过该信道。这个极限电流被称为
I
DSS
(漏 - 源电流与栅极短路到
源) 。图B显示的几乎完全耗尽
在这些条件下的信道。
图3c示出了一个n沟道的输出特性
JFET的栅极短路连接到所述源。该
在我最初的崛起
D
是有关的耗尽的堆积
2
V
DS
& GT ; V
P
S
P
N
D
耗竭
P
G
3b)
N沟道场效应管工作在电流饱和
区(V
GS
= 0)
I
DSS
饱和区
当前
I
D
V
GS
= 0 V
欧姆
地区
V
P
V
DS
3c)
理想的输出特性为V
GS
= 0
网络连接gure 3 。
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AN101
在图4中,考虑的情况下V
DS
= 0,其中
一个负电压V
GS
被施加到栅极。再次,一个
耗尽层已经建立起来了。若V的值小
DS
现在应用,该耗尽层会限制所得到的
到的值低于会出现这种情况的沟道电流
对于V
GS
= 0。事实上,在V的值
GS
& GT ;
V
P
通道
电流会几乎完全切断。这个截止电压
年龄被称为栅极截止电压,并可以是
用符号V表示
P
或V
GS ( OFF )
. V
P
广泛使用的,在过去,但V
GS ( OFF )
现在是越来越有竞争
monly接受,因为它消除歧义BE-
吐温栅极截止和漏极夹断。
饱和区。在当前的饱和操作JFET的
化地区成为优秀的放大器。另外,在
欧姆区这两个V
GS
和V
DS
控制通道电流
出租,而在电流饱和区域V
DS
有一点
效果和V
GS
基本上控制我
D
.
图5b涉及在图5a中的曲线与实际税务局局长
扣器结构,并示出了多少米哪
可以连接到显示相关的条件
Ⅴ的任何组合
DS
和V
GS
。注意,方向
箭头在栅极的给出电流流动的方向
对于结的正向偏置状态。在实践中,
然而,它总是反向偏置。
p沟道JFET工作在精确相同的方式
n沟道JFET 。在制造过程中,平面工艺是
基本上反转,与受主杂质扩散
第一至n型硅,且供体的杂质扩散
后来,形成第二n型区域和离开一个p型
通道。在p沟道JFET的沟道电流是由于
到孔运动,而不是电子迁移率。 CON-
sequently ,所有施加的极性是相反的,沿
其方向与电流流动的方向。
总之,一个结型FET基本上由一个信的
半导体材料的NEL沿该电流的可能
流,其大小是两个电压V的函数
DS
和V
GS
。当V
DS
大于V
P
时,通道电流
租金由V很大程度上控制
GS
独自一人,因为V
GS
是AP-
合股到反向偏置结。由此产生的栅电流
租金是非常小的。
耗竭
S
P
V
GS
N
D
P
G
图4中。
N沟道FET显示耗竭由于
栅源电压和V
DS
= 0
图3和图4中的机制一起反应以亲
韦迪的输出特性,如图中所示的家庭
5A 。下面的夹断电压轨迹的面积是已知的
作为欧姆区:上述夹断面积是当前
V
DS
=
V
P
V
GS
I
DSS
V
GS
= 0
I
D
I
D
+
D
G
I
D
V
GS
= –V
V
GS
V
GS ( OFF )
+
S
V
DS
0
V
DS
V
P
5a)
家庭输出特性的
对于N沟道FET
图5中。
5b)
电路布局为N沟道场效应晶体管
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3
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MOSFET的
该金属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET),取决于
这样的事实:它实际上不是必需的,以形成一个半
一个场效应管来实现栅极的沟道上导体结
控制通道电流。在MOSFET ,金属
或多晶硅栅极被从信道分离用薄lay-
的二氧化硅(图6a)呃。虽然的底部
绝缘层与所述p型硅接触子
施特拉特,这发生在此界面的物理过程
支配的自由电子将积聚在界面
颠倒p型材料和自发形成
n型沟道。因此,传导路径之间的存在
扩散的n型沟道源区和漏区。
有,但是,一些基本的性能昼夜温差
MOSFET和JFET的之间ferences 。 JFET的,由NA-
TURE ,操作只能在耗尽模式。即,一个反向
栅极偏置耗尽,或夹断沟道电流的流动
租。一个MOSFET ,凭借其电绝缘
门,可以制造以执行如任一depletion-
模式或增强型场效应晶体管。相当不同的JFET ,
一个耗尽型MOSFET也将执行作为烯
hancement型FET 。
而绝大多数的JFET在用作描述
图3和图4中, MOSFET的可以假设几种形式和
操作中既耗尽/增强模式或烯
只有hancement模式。
G
S
金属
D
绝缘
N
P
V
GS
基板
G
S
I
D
D
I
D
+
V
DS
N
6a)
理想化的横截面的
N沟道耗尽型MOSFET的
6b)
电路安排
N沟道耗尽型MOSFET
V
DS
= V
GS
– V
GS ( TH)
欧姆地域特征
200
I
D
- 漏电流(mA )
160
–0.2 V
120
–0.4 V
80
–0.6 V
40
0
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
V
DS
- 漏源电压( V)
–0.8 V
–1 V
V
GS
= 0.2 V
1.0
0V
I
D
- 漏极电流( A)
0.8
0.6
0.4
欧姆地域特征
6V
V
GS
= 10 V
T
J
= 25_C
4V
5V
3V
0.2
2V
0
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
V
DS
- 漏源电压( V)
6c)
家庭输出特性的
对于N沟道耗尽型MOSFET
图6 。
6d)
家庭输出特性为
N沟道增强型MOSFET
4
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有三种类型的小信号MOSFET 。首先,我们
有平面的,横向MOSFET ,类似于在该示
图6a 。由于n掺杂沟道跨越的
从源极到漏极,它执行作为n沟道耗竭
化型MOSFET的方式没有什么不同的
耗尽型JFET时,正确的polar-的电压
两者均被施加到栅极,如图6b所示。然而,如果我们
正向偏置的栅极(即,将一个栅极电压,其
极性等于漏极电压极性)的额外elec-
轰击铅板将栅极下方吸引到的区域中,进一
疗法增强 - 和反相(从P到n)的区域。
作为沟道区变厚,沟道电阻
将进一步降低,从而允许更大的沟道电流
流量超出认定为我
DSS
正如我们在家庭中看到
在图6c中的输出特性。
的MOSFET ,也可以构成为增强 -
模式仅性能,如示于图7不同的是
耗尽型器件,该增强型MOSFET
提供源极和漏极之间不存在信道。直到一
在栅极正偏压增强的信道通过吸引
栅极氧化物下方的电子将电流开始流动
(图6d ) 。
来源
精确定义的短沟道而导致的“漂移
区域“从剩余的p型掺杂的硅所得
体和轻n型掺杂的离子注入。
来源
金属
氧化
尽管图7和图8示出了n沟道enhance-
换货模式DMOS场效应管,通过反向掺杂SE-
quences , p沟道DMOS场效应管可以很容易地进行制造。
此外,通过轻轻滑过短沟道掺杂
和漂移区,耗尽型DMOS FET的可
建造。
如短沟道的结果, MOSFET被允许
在“速度饱和度”,并作为一个结果,操作
漂移区的MOSFET提供更高的工作电压
老少皆宜。在一起,短沟道和漂移区提供
低导通电阻和低的极间电容,
特别是栅极到漏极,V
GD
.
速度饱和再加上低的极钙
pacitance为我们提供了高速和高频per-
性能。
N–
来源
金属
P+
氧化
N
N
P型硅
图7 。
平面增强型MOS横截面
N–
P+
较新的MOSFET提供更优异的性能是
横向双扩散或DMOS FET 。由于俪的
的光刻掩膜mitations ,早前, OLD-
呃式MOSFET受到严重限制了性能。
其中的一些前局限性涉及开关
速度,信道系数(过高的R
DS
) ,以及电流
租处理一般。横向DMOS FET删除
这些限制,提供的一个可行的替代方案
所述JFET和砷化镓场效应管,用于视频和高速
开关应用。
横向DMOS FET根本不同在其通道
建筑与旧的平面比较时MOSFET导
FET 。注意,双扩散源注入到im-
种植的p型掺杂沟道区中,在图8中示出
DMOS的改进的性能是两者的结果
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图9 。
垂直N沟道增强模式
DMOS FET
短沟道的新颖性的DMOS FET导致
又一个更先进,更高电压的变化, higher-
电流MOSFET :垂直双扩散MOSFET
(图9) 。其中,该垂直MOSFET提供了改进的
功率处理能力,其根本的缺点是
这是因为它的结构,并且对由于在较小程度上
它的大小,它失败挑战高速性能
的横向DMOS FET 。因此,垂直和lat-
ERAL DMOS场效应管相互补充,多种选择
的应用程序。
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P
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