雙柵場(chǎng)效應(yīng)管原理

雙柵場(chǎng)效應(yīng)管也稱為雙柵mos管。它是一個(gè)管子中有兩個(gè)控制極。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看可以認(rèn)為是兩個(gè)單柵場(chǎng)效應(yīng)管的串聯(lián)，增加了第二柵極g2，它具有一定的屏蔽作用，使得漏極與第一柵極之間的反饋電容變得很小。雙柵場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)可以認(rèn)為是共源-共柵放大器的形式。值得注意的是柵g2的電壓時(shí)可以改變場(chǎng)效應(yīng)管正向傳輸特性曲線的斜率，從而改變高頻放大器的增益。2100433B

1．判定柵極g 　將萬(wàn)用表?yè)苤羠×1k檔分別測(cè)量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無(wú)窮大，并且交換表筆后仍為無(wú)窮大，則證明此腳為g極，因?yàn)樗土硗鈨蓚€(gè)管腳是絕緣的。 　2．判定源極s、漏極d，在源-漏之間有一個(gè)pn結(jié)，因此根據(jù)pn結(jié)正、反向電阻存在差異，可識(shí)別s極與d極。用交換表筆法測(cè)兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是s極，紅表筆接d極。 　3．測(cè)量漏-源通態(tài)電阻rds（on） 　將g-s極短路，選擇萬(wàn)用表的r×1檔，黑表筆接s極，紅表筆接d極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。 　由于測(cè)試條件不同，測(cè)出的rds（on）值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。例如用500型萬(wàn)用表r×1檔實(shí)測(cè)一只irfpc50型vmos管，rds（on）=3.2w，大于0.58w（典型值）。 　4．檢查跨導(dǎo) 　將萬(wàn)用表置于r×1k（或r×100）檔，紅表筆接s極，黑表筆接d極，手持螺絲刀去碰觸柵極，表針應(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)愈大，管子的跨導(dǎo)愈高。

Idss—飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流。

Up—夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。

Ut—開(kāi)啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。

gM—跨導(dǎo)。是表示柵源電壓UGS—對(duì)漏極電流ID的控制能力，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。

BVDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BVDS.

PDSM—最大耗散功率。是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。使用時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。

IDSM—最大漏源電流。是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過(guò)IDSM。2100433B

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管依照其溝道極性的不同，可分為電子占多數(shù)的N溝道型與空穴占多數(shù)的P溝道型，通常被稱為N型金氧半場(chǎng)效晶體管（NMOSFET）與P型金氧半場(chǎng)效晶體管（PMOSFET）。

早期金氧半場(chǎng)效晶體管柵極使用金屬作為材料，但由于多晶硅在制造工藝中更耐高溫等特點(diǎn)，許多金氧半場(chǎng)效晶體管柵極采用后者而非前者金屬。然而，隨著半導(dǎo)體特征尺寸的不斷縮小，金屬作為柵極材料最近又再次得到了研究人員的關(guān)注。

金氧半場(chǎng)效晶體管在概念上屬于絕緣柵極場(chǎng)效晶體管（Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET）。而絕緣柵極場(chǎng)效晶體管的柵極絕緣層，有可能是其他物質(zhì)，而非金氧半場(chǎng)效晶體管使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場(chǎng)效晶體管組件時(shí)比較喜歡用IGFET，但是這些IGFET多半指的是金氧半場(chǎng)效晶體管。

今日半導(dǎo)體組件的材料通常以硅為首選，但是也有些半導(dǎo)體公司發(fā)展出使用其他半導(dǎo)體材料的工藝，當(dāng)中最著名的例如國(guó)際商業(yè)機(jī)器股份有限公司使用硅與鍺的混合物所發(fā)展的硅鍺工藝（SiGe process）。而可惜的是很多擁有良好電性的半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs），因?yàn)闊o(wú)法在表面長(zhǎng)出品質(zhì)夠好的氧化層，所以無(wú)法用來(lái)制造金氧半場(chǎng)效晶體管組件。

當(dāng)一個(gè)夠大的電位差施于金氧半場(chǎng)效晶體管的柵極與源極之間時(shí)，電場(chǎng)會(huì)在氧化層下方的半導(dǎo)體表面形成感應(yīng)電荷，而這時(shí)就會(huì)形成反轉(zhuǎn)溝道（inversion channel）。溝道的極性與其漏極（drain）與源極相同，假設(shè)漏極和源極是n型，那么溝道也會(huì)是n型。溝道形成后，金氧半場(chǎng)效晶體管即可讓電流通過(guò)，而依據(jù)施于柵極的電壓值不同，可由金氧半場(chǎng)效晶體管的溝道流過(guò)的電流大小亦會(huì)受其控制而改變。

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電機(jī)理是，利用UGS 控制"感應(yīng)電荷"的多少來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流ID。若UGS=0時(shí)，源、漏之間不存在導(dǎo)電溝道的為增強(qiáng)型MOS管，UGS=0 時(shí)，漏、源之間存在導(dǎo)電溝道的為耗盡型MOS管。

圖2中襯底為P型半導(dǎo)體，在它的上面是一層SiO2薄膜、在SiO2薄膜上蓋一層金屬鋁，如果在金屬鋁層和半導(dǎo)體之間加電壓UGS，則金屬鋁與半導(dǎo)體之間產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)，在這一電場(chǎng)作用下，P型硅表面的多數(shù)載流子-空穴受到排斥，使硅片表面產(chǎn)生一層缺乏載流子的薄層。同時(shí)在電場(chǎng)作用下，P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子-電子被吸引到半導(dǎo)體的表面，并被空穴所俘獲而形成負(fù)離子，組成不可移動(dòng)的空間電荷層（稱耗盡層又叫受主離子層）。UGS愈大，電場(chǎng)排斥硅表面層中的空穴愈多，則耗盡層愈寬，且UGS愈大，電場(chǎng)愈強(qiáng)；當(dāng)UGS 增大到某一柵源電壓值VT（叫臨界電壓或開(kāi)啟電壓）時(shí)，則電場(chǎng)在排斥半導(dǎo)體表面層的多數(shù)載流子-空穴形成耗盡層之后，就會(huì)吸引少數(shù)載流子-電子，繼而在表面層內(nèi)形成電子的積累，從而使原來(lái)為空穴占多數(shù)的P型半導(dǎo)體表面形成了N型薄層。由于與P型襯底的導(dǎo)電類型相反，故稱為反型層。在反型層下才是負(fù)離子組成的耗盡層。這一N型電子層，把原來(lái)被PN結(jié)高阻層隔開(kāi)的源區(qū)和漏區(qū)連接起來(lái)，形成導(dǎo)電溝道。

用圖2所示電路來(lái)分析柵源電壓UGS控制導(dǎo)電溝道寬窄，改變漏極電流ID 的關(guān)系：當(dāng)UGS=0時(shí)，因沒(méi)有電場(chǎng)作用，不能形成導(dǎo)電溝道，這時(shí)雖然漏源間外接有ED電源，但由于漏源間被P型襯底所隔開(kāi)，漏源之間存在兩個(gè)PN結(jié)，因此只能流過(guò)很小的反向電流，ID ≈0；當(dāng)UGS>0并逐漸增加到VT 時(shí)，反型層開(kāi)始形成，漏源之間被N溝道連成一體。這時(shí)在正的漏源電壓UDS作用下；N溝道內(nèi)的多子（電子）產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，從源極流向漏極，形成漏極電流ID。顯然，UGS愈高，電場(chǎng)愈強(qiáng)，表面感應(yīng)出的電子愈多，N型溝道愈寬溝道電阻愈小，ID愈大。