CMOS管與雙極晶體管的區(qū)別

場(chǎng)效應(yīng)管和雙極晶體管不同，僅以電子或空穴中的一種載子動(dòng)作的晶體管。按照結(jié)構(gòu)、原理可以分為：

接合型場(chǎng)效應(yīng)管

MOS型場(chǎng)效應(yīng)管

N通道接合型場(chǎng)效應(yīng)管如圖所示，以P型半導(dǎo)體的柵極從兩側(cè)夾住N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。將PN接合面上外加反向電壓時(shí)所產(chǎn)生的空乏區(qū)域用于電流控制。

N型結(jié)晶區(qū)域的兩端加上直流電壓時(shí)，電子從源極流向漏極。電子所通過(guò)的通道寬度由從兩側(cè)面擴(kuò)散的P型區(qū)域以及加在該區(qū)域上的負(fù)電壓所決定。

加強(qiáng)負(fù)的柵極電壓時(shí)，PN接合部分的空乏區(qū)域擴(kuò)展到通道中，而縮小通道寬度。因此，以柵極電極的電壓可以控制源極-漏極之間的電流。

用途

即使柵極電壓為零，也有電流流通，因此用于恒定電流源或因低噪音而用于音頻放大器等。

結(jié)型FET的圖形記號(hào)

結(jié)型FET的動(dòng)作原理（N通道）

MOS型場(chǎng)效應(yīng)管

原 理

即使是夾住氧化膜（O）的金屬（M）與半導(dǎo)體（S）的結(jié)構(gòu)（MOS結(jié)構(gòu)），如果在（M）與半導(dǎo)體（S）之間外加電壓的話，也可以產(chǎn)生空乏層。再加上較高的電壓時(shí)，氧華膜下能積蓄電子或空穴，形成反轉(zhuǎn)層。將其作為開(kāi)關(guān)利用的即為MOSFET。

在動(dòng)作原理圖上，如果柵極電壓為零，則PN接合面將斷開(kāi)電流，使得電流在源極、漏極之間不流通。如果在柵極舊外加正電壓的話，則P型半導(dǎo)體的空穴將從柵極下的氧化膜-P型半導(dǎo)體的表面被驅(qū)逐，而形成空乏層。而且，如果再提高柵極電壓的話，電子將被吸引表表面，而形成較薄的N型反轉(zhuǎn)層，由此源杖（N型）和漏極（N型）之間連接，使得電流流通。

用 途

因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快，且柵極驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、具有耐破壞力強(qiáng)等特征，而且使用微細(xì)加工技術(shù)的話，即可直接提高性能，因此被廣泛使用于由LSI的基礎(chǔ)器件等高頻器件到功率器件（電力控制器件）等的領(lǐng)域中。

MOS FET的圖形記號(hào)

MOS FET的動(dòng)作原理（N通道）

常用場(chǎng)效用管

1、MOS場(chǎng)效應(yīng)管

即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)管，英文縮寫為MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor

Field-Effect-Transistor），屬于絕緣柵型。其主要特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻（最

高可達(dá)1015Ω）。它也分N溝道管和P溝道管，符號(hào)如圖1所示。通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。根據(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強(qiáng)型、

耗盡型。所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=0時(shí)管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。

耗盡型則是指，當(dāng)VGS=0時(shí)即形成溝道，加上正確的VGS時(shí)，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉(zhuǎn)向截止。

以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個(gè)高摻雜濃度的源擴(kuò)散區(qū)N+和漏擴(kuò)散區(qū)N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)部連通，二者總保持等電

位。圖1（a）符號(hào)中的前頭方向是從外向電，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極，源極接電源負(fù)極并使VGS=0時(shí)，溝道電流（即漏極電

流）ID=0。隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當(dāng)VGS大于管子的

開(kāi)啟電壓VTN（一般約為+2V）時(shí)，N溝道管開(kāi)始導(dǎo)通，形成漏極電流ID。

國(guó)產(chǎn)N溝道MOSFET的典型產(chǎn)品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均為單柵管），4DO1（雙柵管）。它們的管腳排列（底視圖）見(jiàn)圖2。

MOS場(chǎng)效應(yīng)管比較“嬌氣”。這是由于它的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，極易受外界電磁場(chǎng)或靜電的感應(yīng)而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形

成相當(dāng)高的電壓（U=Q/C），將管子損壞。因此了廠時(shí)各管腳都絞合在一起，或裝在金屬箔內(nèi)，使G極與S極呈等電位，防止積累靜電荷。管子不用時(shí)，全部引

線也應(yīng)短接。在測(cè)量時(shí)應(yīng)格外小心，并采取相應(yīng)的防靜電感措施。

MOS場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)方法

（1）．準(zhǔn)備工作 測(cè)量之前，先把人體對(duì)地短路后，才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上接一條導(dǎo)線與大地連通，使人體與大地保持等電位。再把管腳分開(kāi)，然后拆掉導(dǎo)線。

（2）．判定電極

將萬(wàn)用表?yè)苡赗×100檔，首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻都是無(wú)窮大，證明此腳就是柵極G。交換表筆重測(cè)量，S-D之間的電阻值應(yīng)為幾百歐至幾千

歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為D極，紅表筆接的是S極。日本生產(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品，S極與管殼接通，據(jù)此很容易確定S極。

（3）．檢查放大能力（跨導(dǎo)）

將G極懸空，黑表筆接D極，紅表筆接S極，然后用手指觸摸G極，表針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩個(gè)柵極G1、G2。為區(qū)分之，可用手分別觸摸

G1、G2極，其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)幅度較大的為G2極。 目前有的MOSFET管在G-S極間增加了保護(hù)二極管，平時(shí)就不需要把各管腳短路了。

MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管使用注意事項(xiàng)。

MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在使用時(shí)應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)則：

MOS器件出廠時(shí)通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也可用細(xì)銅線把各個(gè)引腳連接在一起，或用錫紙包裝

取出的MOS器件不能在塑料板上滑動(dòng)，應(yīng)用金屬盤來(lái)盛放待用器件。

焊接用的電烙鐵必須良好接地。

在焊接前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接，再M(fèi)OS器件焊接完成后在分開(kāi)。

MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機(jī)時(shí)順序相反。

電路板在裝機(jī)之前，要用接地的線夾子去碰一下機(jī)器的各接線端子，再把電路板接上去。

MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護(hù)二極管。在檢修電路時(shí)應(yīng)注意查證原有的保護(hù)二極管是否損壞。

2、VMOS場(chǎng)效應(yīng)管

VMOS場(chǎng)效應(yīng)管（VMOSFET）簡(jiǎn)稱VMOS管或功率場(chǎng)效應(yīng)管，其全稱為V型槽MOS場(chǎng)效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來(lái)的高效、功率開(kāi)關(guān)器

件。它不僅繼承了MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高（≥108W）、驅(qū)動(dòng)電流小（左右0.1μA左右），還具有耐壓高（最高可耐壓1200V）、工作電流大

（1.5A～100A）、輸出功率高（1～250W）、跨導(dǎo)的線性好、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點(diǎn)集于一身，因此在電壓

放大器（電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍）、功率放大器、開(kāi)關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。

眾所周知，傳統(tǒng)的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、源極和漏極大大致處于同一水平面的芯片上，其工作電流基本上是沿水平方向流動(dòng)。VMOS管則不同，從左下圖上可以

看出其兩大結(jié)構(gòu)特點(diǎn):第一，金屬柵極采用V型槽結(jié)構(gòu)；第二，具有垂直導(dǎo)電性。由于漏極是從芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流動(dòng)，而是自重?fù)诫sN+

區(qū)（源極S）出發(fā)，經(jīng)過(guò)P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū)，最后垂直向下到達(dá)漏極D。電流方向如圖中箭頭所示，因?yàn)榱魍ń孛娣e增大，所以能通過(guò)大電流。由于在柵

極與芯片之間有二氧化硅絕緣層，因此它仍屬于絕緣柵型MOS場(chǎng)效應(yīng)管。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的主要廠家有877廠、天津半導(dǎo)體器件四廠、杭州電子管廠等，典型產(chǎn)品有VN401、VN672、VMPT2等。

VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)方法

（1）．判定柵極G 將萬(wàn)用表?yè)苤罵×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 由圖1可見(jiàn)，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。

注意事項(xiàng)：

VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。對(duì)于P溝道管，測(cè)量時(shí)應(yīng)交換表筆的位置。

有少數(shù)VMOS管在G-S之間并有保護(hù)二極管，本檢測(cè)方法中的1、2項(xiàng)不再適用。

目前市場(chǎng)上還有一種VMOS管功率模塊，專供交流電機(jī)調(diào)速器、逆變器使用。例如美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊，內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只，構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在市售VNF系列（N溝道）產(chǎn)品，是美國(guó)Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場(chǎng)效應(yīng)管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號(hào)低頻跨導(dǎo)gm=2000μS。適用于高速開(kāi)關(guān)電路和廣播、通信設(shè)備中。

使用VMOS管時(shí)必須加合適的散熱器后。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4（mm）的散熱器后，最大功率才能達(dá)到30W

8、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較

場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。

場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。被稱之為雙極型器件。

有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，靈活性比晶體管好。

場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

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