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标题: 场效应管原理 [打印本页]

作者: 苹果也疯狂 时间: 2015-6-30 19:57 标题: 场效应管原理

场效应管是较新型的半导体材料，利用电场效应来控制晶体管的电流，因而得名。它的外型也是一个三极管，因此又称场效应三极管。它只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应三极管的结构来划分，它有结型场效应三极管和绝缘栅型场效应三极管之分。
1.结型场效应三极管
(1) 结构
N沟道结型场效应三极管的结构如图1所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。两个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。

图1结型场效应三极管的结构

(2) 工作原理
以N沟道为例说明其工作原理。
当UGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当UGS<0时，PN结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，ID将减小，UGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压UGS称为夹断电压UGS(off)。
(3)特性曲线
结型场效应三极管的特性曲线有两条，一是输出特性曲线(ID=f(UDS)|UGS=常量),二是转移特性曲线(ID=f(UGS)|UDS=常量)。N沟道结型场效应三极管的特性曲线如图2所示。

(a) 漏极输出特性曲线　　　　　　　　　　　　(b) 转移特性曲线

图2N沟道结型场效应三极管的特性曲线

2. 绝缘栅场效应三极管的工作原理
绝缘栅场效应三极管分为：耗尽型 →N沟道、P沟道　　增强型 →N沟道、P沟道
(1)N沟道耗尽型绝缘栅场效应管
N沟道耗尽型的结构和符号如图3(a)所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当UGS>0时，将使ID进一步增加。UGS<0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟道耗尽型的转移特性曲线如图30(b)所示。

(a) 结构示意图　　　　　　　　　(b) 转移特性曲线

图3N沟道耗尽型绝缘栅场效应管结构和转移特性曲线

(2)N沟道增强型绝缘栅场效应管
结构与耗尽型类似。但当UGS=0 V时，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0UGS(th)时，形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在UGS=0V时ID=0，只有当UGS>UGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。
N沟道增强型MOS管的转移特性曲线，见图4。

图4转移特性曲线

(3)P沟道MOS管
P沟道MOS管的工作原理与N沟道MOS管完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

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