場(chǎng)效應(yīng)管分類-結(jié)構(gòu)和原理解析

場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET)）簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管，是較新型的半導(dǎo)體材料，利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)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(lái)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(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，它有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管之分。

1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

(1) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

N溝道結(jié)型場(chǎng)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(gè)PN結(jié)，形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖

(2) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

以N溝道為例說(shuō)明其工作原理。

當(dāng)VGS=0時(shí)，在漏、源之間加有一定電壓時(shí)，在漏源間將形成多子的漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)VGS<>時(shí)，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，VGS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(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VGS (off)。

(3)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線有兩條，

一是輸出特性曲線(ID=f(VDS)| VGS=常量),

二是轉(zhuǎn)移特性曲線(ID=f(VGS)|VDS =常量)。

N溝道結(jié)型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線

2. 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管的工作原理

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管分為：

耗盡型→N溝道、P溝道

增強(qiáng)型→N溝道、P溝道

(1)N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

N溝道耗盡型的結(jié)構(gòu)和符號(hào)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)VGS=0時(shí)，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)VGS>0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。VGS<>時(shí)，隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的VGS稱為夾斷電壓，用符號(hào)VGS (off)表示，有時(shí)也用VP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(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)

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

VGS(th)——開(kāi)啟電壓或閥電壓;

(3)P溝道增強(qiáng)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(guò)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(chǎng)效應(yīng)管伏安特性曲線

場(chǎng)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(qiáng)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(huà)在不同的象限。為了便于繪制，將P溝道管子的正方向反過(guò)來(lái)設(shè)定。有關(guān)曲線繪于下圖之中。

4.各種場(chǎng)效應(yīng)管特性比較

(a) 轉(zhuǎn)移特性曲線 (b) 輸出特性曲線

5.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

① 開(kāi)啟電壓VGS(th) (或VT)

開(kāi)啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開(kāi)啟電壓的絕對(duì)值，場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。

② 夾斷電壓VGS(off) (或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off) 時(shí)，漏極電流為零。

③ 飽和漏極電流IDSS

耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管，當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。

④ 輸入電阻RGS

場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，對(duì)于絕緣柵場(chǎng)型效應(yīng)三極管，RGS約是109～1015Ω。

⑤ 低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，這一點(diǎn)與電子管的控制作用十分相像。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)。

⑥ 最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。

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