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場效應(yīng)管——分類、結(jié)構(gòu)以及原理

2016.06.11

場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管，是較新型的半導(dǎo)體材料，利用電場效應(yīng)來控制晶體管的電流，因而得名。它只有一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。從場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵型場效應(yīng)管之分。

1.結(jié)型場效應(yīng)管

(1) 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個PN結(jié)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個P區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。

結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖

(2) 結(jié)型場效應(yīng)管工作原理

以N溝道為例說明其工作原理。

當(dāng)V_GS=0時，在漏、源之間加有一定電壓時，在漏源間將形成多子的漂移運動，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)V_GS<>時，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，V_GS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時所對應(yīng)的柵源電壓V_GS稱為夾斷電壓V_GS (off)。

(3)結(jié)型場效應(yīng)管特性曲線

結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線有兩條，

一是輸出特性曲線(ID=f(V_DS)| V_GS=常量),

二是轉(zhuǎn)移特性曲線(ID=f(V_GS)|V_DS =常量)。

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線如下圖所示。

(a) 漏極輸出特性曲線 (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線

2. 絕緣柵場效應(yīng)三極管的工作原理

絕緣柵場效應(yīng)三極管分為：

耗盡型→N溝道、P溝道

增強型→N溝道、P溝道

(1)N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

N溝道耗盡型的結(jié)構(gòu)和符號如下圖(a)所示，它是在柵極下方的SiO₂絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)V_GS=0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)V_GS>0時，將使ID進一步增加。V_GS<>時，隨著V_GS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的V_GS稱為夾斷電壓，用符號V_GS (off)表示，有時也用V_P表示。

N溝道耗盡型的轉(zhuǎn)移特性曲線如下圖(b)所示。

(a) 結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線

(2)N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管,結(jié)構(gòu)與耗盡型類似。但當(dāng)V_GS=0 V時，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當(dāng)柵極加有電壓時，若V_GS>V_GS (th)時，形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在V_GS=0V時ID=0，只有當(dāng)V_GS>V_GS (th)后才會出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。

V_GS(th)——開啟電壓或閥電壓;

(3)P溝道增強型和耗盡型MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。

3 場效應(yīng)管伏安特性曲線

場效應(yīng)管的特性曲線類型比較多，根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同以及是增強型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，其電壓和電流方向也有所不同。如果按統(tǒng)一規(guī)定的正方向，特性曲線就要畫在不同的象限。為了便于繪制，將P溝道管子的正方向反過來設(shè)定。有關(guān)曲線繪于下圖之中。