场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管,是较新式的半导体资料,使用电场效应来操控晶体管的电流,因此得名。它只需一种载流子参加导电的半导体器材,是一种用输入电压操控输出电流的半导体器材。从参加导电的载流子来区分,它有电子作为载流子的N沟道器材和空穴作为载流子的P沟道器材。从场效应管的结构来区分,它有结型场效应管和绝缘栅型场效应管之分。
1.结型场效应管
(1) 结型场效应管结构
N沟道结型场效应管的结构如下图所示,它是在N型半导体硅片的两边各制作一个PN结,构成两个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。
结型场效应管的结构示意图
(2) 结型场效应管作业原理
以N沟道为例阐明其作业原理。
当VGS=0时,在漏、源之间加有必定电压时,在漏源间将构成多子的漂移运动,发生漏极电流。当VGS《0时,PN结反偏,构成耗尽层,漏源间的沟道将变窄,ID将减小,VGS持续减小,沟道持续变窄,ID持续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS (off)。
(3)结型场效应管特性曲线
结型场效应管的特性曲线有两条,
一是输出特性曲线(ID=f(VDS)| VGS=常量),
二是搬运特性曲线(ID=f(VGS)|VDS =常量)。
N沟道结型场效应管的特性曲线如下图所示。
(a) 漏极输出特性曲线 (b) 搬运特性曲线
N沟道结型场效应管的特性曲线
2. 绝缘栅场效应三极管的作业原理
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结构
N沟道耗尽型的结构和符号如下图(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了很多的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子现已感应出反型层,构成了沟道。所以,只需有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS》0时,将使ID进一步添加。VGS《0时,跟着VGS的减小漏极电流逐步减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS (off)表明,有时也用VP表明。
N沟道耗尽型的搬运特性曲线如下图(b)所示。
(a) 结构示意图 (b) 搬运特性曲线
(2)N沟道增强型绝缘栅场效应管结构
N沟道增强型绝缘栅场效应管,结构与耗尽型相似。但当VGS=0 V时,在D、S之间加上电压不会在D、S间构成电流。当栅极加有电压时,若VGS》VGS (th)时,构成沟道,将漏极和源极交流。假如此刻加有漏源电压,就可以构成漏极电流ID。在VGS=0V时ID=0,只需当VGS》VGS (th)后才会呈现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。
VGS(th)——敞开电压或阀电压;
(3)P沟道增强型和耗尽型MOSFET
P沟道MOSFET的作业原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同罢了。这好像双极型三极管有NPN型和PNP型相同。