一、場效應(yīng)管的工作原理- -概念

場效應(yīng)管(FET)是場效應(yīng)晶體管(field-effect transistor)的簡稱，由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，也稱為單極性場效應(yīng)管，是一種常見的利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種電壓控制性半導(dǎo)體器件，場效應(yīng)管不但具有雙極性晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá)107~1012Ω，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，且比后者耗電省，這些優(yōu)點(diǎn)使之從20世紀(jì)60年代誕生起就廣泛地應(yīng)用于各種電子電路之中。

二、場效應(yīng)管的工作原理- -結(jié)構(gòu)

所有的FET都有柵極g(gate)、漏極d(drain)、源極s(source)三個(gè)極，分別對應(yīng)雙極性晶體管的基極b(base)、集電極c(collector)和發(fā)射極e(emitter)。除了結(jié)型場效應(yīng)管外，所有的FET也有第四端，被稱為體(body)、基(base)、塊體(bulk)或襯底(substrate)。P區(qū)與N區(qū)交界面形成耗盡層，而漏極d與源極s間的非耗盡層區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。

三、場效應(yīng)管的工作原理- -分類

場效應(yīng)管可以分為結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵型場效應(yīng)管(JGFET)，結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)因有兩個(gè)PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)管(JGFET)則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。因?yàn)榻^緣柵型場效應(yīng)管的柵極為金屬鋁，故又稱為MOS管。

場效應(yīng)管按導(dǎo)電方式的不同來劃分，可分成耗盡型與增強(qiáng)型。當(dāng)柵壓為零時(shí)有較大漏極電流的稱為耗盡型;當(dāng)柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強(qiáng)型。

無論是結(jié)型場效應(yīng)管還是絕緣柵型場效應(yīng)管，無論是耗盡型場效應(yīng)管或是增強(qiáng)型場效應(yīng)管，都可分為N溝道和P溝道，其結(jié)構(gòu)分別如下圖所示：

四、場效應(yīng)管工作原理- - 結(jié)型

結(jié)型場效應(yīng)管可分為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管，下面我們就以N溝道為例對結(jié)型場效應(yīng)管工作原理進(jìn)行說明。

為保證N溝道結(jié)型場效應(yīng)管能正常工作，應(yīng)在其柵-源之間加負(fù)向電壓(即uGS<0)，以保證耗盡層承受反向電壓;在漏-源之間加正向電壓uDS，以形成漏極電流。柵-源之間負(fù)向電壓越大，PN結(jié)交界面所形成的耗盡區(qū)就越厚，導(dǎo)電溝道越窄，溝道電阻變大，漏極電流iD越小;相反，若柵-源之間負(fù)向電壓越小，則耗盡區(qū)就越薄，導(dǎo)電溝道越寬，溝道電阻變小，漏極電流iD越大。因此實(shí)現(xiàn)了場效應(yīng)管的柵-源間負(fù)向電壓對溝道電流的控制。

而對于P溝道結(jié)型場效應(yīng)管，與N溝道原理類似，但要在其柵-源之間加正向電壓(即uGS>0)才能保證其能能正常工作。

五、場效應(yīng)管工作原理- - 絕緣柵型

以N溝道耗盡型MOS管為例，如果在制造MOS管時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入大量正離子，那么即使uGS=0，在正離子作用下P型襯底表層也存在反型層，即漏-源之間存在導(dǎo)電溝道。只要在漏-源間加正向電壓，就會產(chǎn)生漏極電流，并且，uGS為正時(shí)，反型層變寬，溝道電阻變小，溝道電流iD增大;反之，uGS為負(fù)時(shí)，反型層變窄，溝道電阻變大，iD減小。而當(dāng)uGS從零減小到一定值時(shí)，反型層消失，漏-源之間導(dǎo)電溝道消失，iD=0。實(shí)現(xiàn)了柵源電壓對漏極電流的控制。

六、場效應(yīng)管工作原理- - 增強(qiáng)型

以N溝道為例，在一個(gè)N溝道增強(qiáng)模式器件中，應(yīng)在柵源間加正向電壓。正電壓吸引了體中的自由移動的電子向柵極運(yùn)動，形成了導(dǎo)電溝道。但是首先，充足的電子需要被吸引到柵極的附近區(qū)域去對抗加在FET中的摻雜離子;這形成了一個(gè)沒有運(yùn)動載流子的被稱為耗盡區(qū)的區(qū)域，這種現(xiàn)象被稱為FET的閾值電壓。更高的柵源電壓將會吸引更多的電子通過柵極，則會制造一個(gè)從源極到漏極的導(dǎo)電溝道;這個(gè)過程叫做"反型"。

七、場效應(yīng)管工作原理- - 耗盡型

在一個(gè)N溝道耗盡模式器件中，在柵源之間加負(fù)向電壓將會造成一個(gè)耗盡區(qū)去拓展寬度，從邊界侵入溝道，從而使溝道變窄。若耗盡區(qū)擴(kuò)展至完全關(guān)閉溝道，則漏源間溝道電阻會變得很大，F(xiàn)ET就會像開關(guān)一樣有效的關(guān)閉。類似的，在一個(gè)P溝道耗盡模式期器件中，在柵源之間加正向電壓將使溝道變寬，溝道電阻變小，使電流更易通過。

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