绝缘栅型场效应管
绝缘栅场效应管（IGFET）的基本知识
绝缘栅场效应管（IGFET）的基本知识绝缘栅场效应管(IGFET) 的基本知识1.增强型NMOS管s：Source 源极，d：Drain 漏极，g：Gate 栅极，B：Base 衬底，在P型衬底扩散上2个N 区，P型表⾯加S i O2绝缘层，在N 区加铝线引出电极。
2.增强型PMOS管在N型衬底上扩散上2个P 区，P型表⾯加S i O2绝缘层，在⼆个P 区加铝线引出电极。
PMOS与NMOS管的⼯作原理完全相同，只是电流和电压⽅向不同。
3.增强型NMOS管的⼯作原理正常⼯作时外加电源电压的配置：(1)V GS=0, V DS=0：漏源间是两个背靠背串联的PN结，所以d-s间不可能有电流流过，即i D≈0。
(2)当V GS＞0，V DS=0时：d-s之间便开始形成导电沟道。
开始形成导电沟道所需的最⼩电压称为开启电压V GS(th)(习惯上常表⽰为V T)。
沟道形成过程作如下解释：此时，在栅极与衬底之间产⽣⼀个垂直电场(⽅向为由栅极指向衬底)，它使漏-源之间的P型硅表⾯感应出电⼦层(反型层)使两个N 区沟通，形成N型导电沟道。
如果，此时再加上V DS电压，将会产⽣漏极电流i D。
当V GS＝0时没有导电沟道，⽽当V GS增强到＞V T时才形成沟道，所以称为增强型MOS 管。
并且V GS越⼤，感应电⼦层越厚，导电沟道越厚，等效沟道电阻越⼩，i D越⼤。
(3)当V GS>VT，V DS>0后，漏-源电压V DS产⽣横向电场：由于沟道电阻的存在，i D沿沟道⽅向所产⽣的电压降使沟道上的电场产⽣不均匀分布。
近s端电压差较⾼，为V GS；近d端电压差较低，为V GD＝V GS-V DS，所以沟道的形状呈楔形分布。
1)当V DS较⼩时：V DS对导电沟道的影响不⼤，沟道主要受V GS控制，所以V GS为定值时，沟道电阻保持不变，i D随V DS增加⽽线性增加。
此时，栅漏间的电压⼤于开启电压，沟道尚未夹断，。
绝缘栅型场效应管之图解
绝缘栅型场效应管之图解绝缘栅型场效应管之图解N 沟道绝缘栅型场效应管结构动画其他MOS 管符号绝缘栅型场效应管是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 漏源之间有导电沟道，在VDS 作用下iD 。
1.结构和符号（以在一块浓度较低的 覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。
N 沟道增强型为例）P 型硅上扩散两个浓度较高的 P 衬底00 Qo在VDS 作用下无iD o 耗尽型：VGS=0时,N 型区作为漏极和源极，半导体表面DWSN 沟ifi 箭头问里 衬底斷开S 心1I衬底SN沟道衬底2.工作原理(以N沟道增强型为例)(1) VGS=0时，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反偏，所以不存在导电沟道。
VGS =0 ID =0VGS必须大于0管子才能工作。
(2) VGS>0时，在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。
T|l戶-iHVosgTTId n -VGS 达到一定值时P 区表面将形成反型层把两侧的沟通，形成导电沟道。
VGS >A g 吸引电子7反型层7导电沟道 VGSf f 反型层变厚7 VDS ID ?⑶VGS> VT时而VDS较小时:VDS— ID tVT:开启电压，在VDS作用下开始导电时的VGSVT = VGS —VDS V DS V GSV GS3. 特性曲线（以N 沟道增强型为例）场效应管的转移特性曲线动画g =丿着-1）2 Aa （j 是％卅=2齐・|【寸的//丫4. 其它类型MOS 管制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子， 所以即使在VGS=0时,N 区之间存在导电沟道（类似结型场效应管）。
4/D4-2-K 夹端轨迹\bs-6V壯严厲V s■ ■ _ _2y ;nI II I I ■2 4 6 8 iO 12（1） N 沟道耗尽型: 由于正离子的作用，PN 结 衬底-4 JVbs=5I ! ^GSg其它类型MOS 管（2） P 沟道增强型：VGS = 0时，ID = 0开启电压小于零，所以只有当 VGS < 0时管子才能工作。
绝缘栅电力场效应晶体管文字符号
绝缘栅电力场效应晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种半导体器件，可以控制大电流和大电压。
它结合了绝缘栅双极晶体管（IGCT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的优点，具有低导通压降、高开关速度和高开关频率等特点。
IGBT在现代电力、电子、汽车、工业控制等领域得到了广泛应用。
从外观上看，绝缘栅电力场效应晶体管的文字符号为IGBT，它的排列和形状是一个有特定规则的图案，在电子元件的标注中起到了非常重要的作用。
在电路设计和电子设备制造过程中，正确识别和使用IGBT的文字符号至关重要。
文字符号包含了大量的信息，如器件类型、封装形式、性能等，对于制定电路方案、进行元器件选型和进行电路调试都有着十分重要的作用。
IGBT的文字符号通常包含多个英文字母和数字，每个字母和数字都代表了不同的信息。
在解读IGBT的文字符号时，需要了解每个字母和数字的含义，才能准确地识别出器件的型号和性能参数。
IGBT的文字符号一般包括以下几个部分：1. 器件类型：第一个字母代表了器件的类型，如IGBT、普通整流桥、集成晶体管等。
2. 频率特性：在文字符号中的第一个数字表示了器件的频率特性，比如高频IGBT、中频IGBT、低频IGBT等。
3. 最大工作电压：第二个数字代表了IGBT的最大工作电压。
4. 最大工作电流：最后一个数字表示了IGBT的最大工作电流。
以IGBT模块为例，其文字符号可能是这样的：IGBT100A1200V，其中"A"代表了100A的额定电流，"1200V"代表了1200V的最大工作电压。
通过解读IGBT的文字符号，可以清楚地了解器件的类型、频率特性、最大工作电压和最大工作电流等重要参数，有利于正确选择器件、设计电路和进行设备维护。
IGBT的文字符号是非常重要的，它包含了丰富的信息，能够帮助工程师们准确识别器件、选择器件、设计电路，保证电子设备的正常运行。
结型场效应管和绝缘栅型场效应管的区别
•结型场效应管和绝缘栅型场效应管的区别(1)从包装上辨别由于绝缘栅型场效应管的栅极易被击穿损坏，所以管脚之间一般都是短路的或是用金属箔包裹的；而结型场效应管在包装上无特别要求。
(2)用指针式万用表的电阻档测量用万用表的“R谴k”档或“R?00”档测G、S管脚间的阻值，若正、反向电阻都很大近乎不导通，则此管为绝缘栅型管；若电阻值呈PN结的正、反向阻值，此管为结型管。
2、用万用表电阻档判别结型场效应管管脚一般用R?k或R?00档进行测量，测量时，任选两管脚，测正、反向电阻，阻值都相同(均为几千欧)时，该两极分别为D、S极(在使用时，这两极可互换)，余下的一极为由于绝缘栅型场效应管在测量时易损坏，所以不使用此方法进行管脚识别，一般以查手册为宜。
=======================场效应管检测方法与经验一、用指针式万用表对场效应管进行判别（1）用测电阻法判断结型场效应管的电极根据场效应管的PN结正、反向电阻值不一样的现象，可以判别出结型场效应管的三个电极。
详细办法：将万用表拨在R?k档上，任选两个电极，分别测出其正、反向电阻值。
当某两个电极的正、反向电阻值相等，且为几千欧姆时，则该两个电极分别是漏极D和源极S。
因为对结型场效应管而言，漏极和源极可互换，剩下的电极确定是栅极Ｇ。
也可以将万用表的黑表笔（红表笔也行）任意接触一个电极，另一只表笔顺次去接触其余的两个电极，测其电阻值。
当涌现两次测得的电阻值近似相等时，则黑表笔所接触的电极为栅极，其余两电极分别为漏极和源极。
若两次测出的电阻值均很大，说明是ＰＮ结的反向，即都是反向电阻，可以判定是Ｎ沟道场效应管，且黑表笔接的是栅极；若两次测出的电阻值均很小，说明是正向ＰＮ结，等于正向电阻，判断为Ｐ沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。
若不呈现上述情形，可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试，直到判别出栅极为止。
（2）用测电阻法判别场效应管的好坏测电阻法是用万用表测量场效应管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极Ｇ1与栅极Ｇ2之间的电阻值同场效应管手册表明的电阻值是否相符去判别管的好坏。
绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管（Insulated-GateField-EffectTransistor，IGFET）也称为绝缘介质场效应晶体管，是一种场效应晶体管，具有线性特征，它使用了加入了一个带有外部驱动器的可控场栅。
IGFET 包括金属氧化物场效应晶体管（MOSFET），极化金属氧化物场效应晶体管（PMOSFET）和准分立双极型（JFET）场效应晶体管。
这些晶体管的操作或依赖较小的电场，作出反应，它们是基于场栅的控制，而不是电流。
它们有很多优点，例如有很小的电场驱动和能耗，以及宽的通行范围和高的集电极电压利用率，它们也有很小的磁耦合和抗漏电能力（EMI）影响。
绝缘栅场效应管的工作原理绝缘栅场效应管（IGFET）是由一个晶体管和一个控制电极组成的，它在工作时受到一种较小的外加电场的作用，由控制电极控制，从而控制了晶体管的电流通过。
它有三个端口，栅极（G），源极（S）和漏极（D）。
当隔离场介电层（它在栅极和晶体管的源极/漏极之间）被电场作用激活，电流就会从源极进入漏极，即由此产生管的当量电路效果，从而实现将外加的小电场控制的输入信号转换为输出电流的功能。
绝缘栅场效应管的应用绝缘栅场效应管（IGFET）在许多电子电路中都有广泛的应用，其中最常见的是开关模式，用于将输入信号转换为输出相应的开关状态。
它们还可用于模拟应用，例如控制放大器，滤波器和电源管理等。
在微处理器和其他综合电路中，它们用作开关和驱动器。
此外，绝缘栅场效应管还可以用于制作高功率放大器，电动机驱动器和电源控制器等。
绝缘栅场效应管的发展绝缘栅场效应管（IGFET）被发明于1960年，它有着可充电量子井层结构，更高效率，更低漏电流等诸多优点，使其在微电子领域取得了巨大成功。
随着技术的进步，新型绝缘栅器件不仅可以提高集电极电压利用率，而且可以在更高的温度和频率范围内工作，因此可以将这类器件应用于更多的工程领域。
未来，绝缘栅场效应管将成为集成电路中更可靠、抗漏电、节能的控制元件。
场效应管及其放大电路(5)
氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简
称MOS场效应管。
源极S 栅极G 漏极D
金属电极
SiO2绝缘层
符号： D
G
P型硅衬底
高掺杂N区
S 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电
阻很高，最高可达1014 。
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(2) N沟道增强型管的工作原理 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
当UGS UGS(th）后，场效 应管才形成导电沟道，
开始导通，若漏–源之间 加上一定的电压UDS，则 有漏极电流ID产生。在 一定的UDS下漏极电流ID 的大小与栅源电压UGS有 关。所以，场效应管是
一种电压控制电流的器
件。
–ED +
S
EG
–UG+S G
D
N+
N+
P型硅衬底
N型导电沟道
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变 为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。
输出电阻
ri RG ( RG1 // RG2) rO RD
RG是为了提 高输入电阻ri 而设置的。
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由于晶体管的输出特性具有恒流输出特性，漏
源电阻(即场效晶体管的输出电阻)：
rds
ID/mA
ΔU DS ΔI D
uGS C
rds是很高的，在共源极放 大电路中，漏级电阻RD与 管子的输出电阻rds并联。
增尽强 型型 ：： 当当UGUS＝GS＝0时0时，，存没在有导导电电沟沟道道，，IDI0D＝。0。耗
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3. 场效应管的主要参数
(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性场效应管(MOSFET)是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。
它的输入电阻可高达1015W，而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。
场效应管也称为MOS管，按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。
在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。
绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。
每种又有增强型和耗尽型两类。
下面简单介绍它们的工作原理。
1、增强型绝缘栅场效应管2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。
在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。
然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极，称为栅极G。
另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。
它的栅极与其他电极间是绝缘的。
图6-38(b)所示是它的符号。
其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。
图6-38 N沟道增强型场效应管场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。
从图6-39(a)可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。
当栅-源电压UGS=0时，即使加上漏-源电压UDS，而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID≈0。
若在栅-源极间加上正向电压，即UGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。
当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图6-39(b)所示。
绝缘栅型场效应管
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件。 其作用有放大、开关、可变电阻。
特点：输入电阻很大；便于集成
分类：结型（N沟道、P沟道） 绝缘栅型 增强型（N沟道、P沟道） 耗尽型（N沟道、P沟道）
2
1.1 基本结构和工作原理
1. 基本结构
N沟道增强型
导电 沟道
源极 栅极 漏极
ID
转移特性曲线
夹断电压
UGS
Uoff 0
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不论栅—源电压正、负或0都能控制漏极 电流，但一般工作在负栅—源电压状态
ID
输出特性曲线
UGS>0
UGS=0
UGS<0
0
U DS
14
P沟道绝缘栅场效应管的工作原理和特性 与N沟道场效应管完全相同，两者只是在工 作时所加电压的极性不同，当然，产生电流 的方向也不同。
漏源极电压U DS的关系曲线
Ⅰ区：UDS较小时
可变电阻区 Ⅰ
Ⅱ 恒流区
I相D随当U于DS的一增个加可而变增电加阻，ID
Ⅱ区：UDS较大时
I化D只，随UGUSG一S的定变时化，而相变 当于一个压控恒流源
0
UGS=5V UGS=4V UGS=3V
U DS
12
❖耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
反向电耗压尽才型能的夹M断OS。管UGS=0时就有导电沟道，加
S GD
UGS较小时， 导电沟道相当 于电阻将D-S 连接起来， U阻G越S越小大。此电
N
N
P
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1.2 增强型N沟道MOS管的特性曲线
1. 转移特性
当压漏UG源S的间关电系压曲U线DS。保持一定值时，漏极电流ID与栅源极电
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绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管(Insulated Gate Field Effect Transistor，IGFET)的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。
又因为栅极为金属铝，故又称为MOS(Metal-Oxide-Semicondutor)管。
a. N沟道增强型MOS管结构示意图
b. 符号
(符号中的箭头表示从P区（衬底）指向N区（N沟道），虚线表示增强型。
)
与结型场效应管相同，MOS管也有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种。
因此MOS管分为四种类型：N沟道增强型、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管和P沟道耗尽型管。
(凡栅-源电压U GS为零时漏极电流也为零的管子，均属于增强型管；凡栅-源电压U GS为零漏极电流部位零的管子均属于耗尽型管。
)
一、N沟道增强型MOS管
N沟道增强型MOS管结构和符号如上图所示，它一块低掺杂的P型硅片为衬底，利用扩散工艺制作两上高掺杂的N+ 区，并引出两个电极，分别为源极s和漏极d，半导体之上制作一层SiO2绝缘层，再在SiO2之上制作一层金属铝，引出电极，作为栅极g。
通常衬底与源极接在一起使用。
这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层，形成电容。
当栅-源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。
1、工作原理
①栅-源电压U GS的控制作用
①当U GS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极
管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。
②当U DS=0且U GS＞0V时(由于SiO2的存在，栅极电流为零，但是栅极金属层将聚集正电荷)→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥(使之剩下不能移动的负离子区)→耗尽层。
③再增加U GS →纵向电场↑→耗尽层增宽→将P区少子电子聚集到P区表面(耗尽层与绝缘层之间) →形成一个N型薄层，称为反型层，整个反型层就构成漏-源之间的导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流i d。
使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压U GS(th)。
U GS越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。
N沟道增强型MOS管的基本特性：
U GS＜U GS(th)，管子截止，
U GS ＞U GS(th)，管子导通。
U GS越大，沟道越宽，在相同的漏源电压U GS 作用下，漏极电流I D越大。
②漏-源电压U DS对漏极电流I d的控制作用
当U GS ＞U GS(th)，且固定为某一值时，来分析漏-源电压U DS对漏极电流I d的影响。
(a) U DS=0时，i d=0。
（截止区）
(b) U DS↑→i d↑；同时沟道靠漏区变窄，U DS的增大使i d线性增大。
（可变电阻区）
(c) 当U DS增加到使U GD= U GS(th) [即U DS= U GS—U GS(th)]时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。
(d) U DS再增加，预夹断区加长，U DS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，i d基本不变。
（恒流区）
a、U DS >U GS —U GS(th)
b、U DS = U GS —U GS(th)
c、U DS >U GS —U GS(th)
2、特性曲线和电流方程
二、N沟道耗尽型MOS管
在SiO2中预埋了大量的金属正离子，在P型衬底表面形成反型层（N型）。
∴在U GS＝0时，即漏-源之间存在导电沟道，当U DS＞0时，则有I D通过。
∴当U GS＞0时，沟道增宽，i D进一步增加。
∴当U GS＜0时，沟道变窄，i D减小。
而当U GS从零减小到一定值时，反型层消失，漏-源之间的导电沟道消失，i D=0.此时的U GS称为夹断电压U GS(off)。
与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽层MOS管的夹断电压U GS(off)也为负值。