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,。它的外型也是一個(gè)三極管,，因此又稱場(chǎng)效應(yīng)三極管,。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)三極管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分,，它有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管之分,。

1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管

(1) 結(jié)構(gòu)

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)如圖1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,。

圖1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)

(2) 工作原理

以N溝道為例說(shuō)明其工作原理,。

當(dāng)UGS=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)UGS<>

(3)特性曲線

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線有兩條,，一是輸出特性曲線(ID=f(UDS)|UGS=常量),二是轉(zhuǎn)移特性曲線(ID=f(UGS)|UDS=常量),。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線如圖2所示,。

圖2N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線

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

N溝道耗盡型的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖3(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)UGS=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)UGS>0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加,。UGS<>

圖3N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和轉(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)與耗盡型類似,。但當(dāng)UGS=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0UGS(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UGS=0V時(shí)ID=0,，只有當(dāng)UGS>UGS(th)后才會(huì)出現(xiàn)漏極電流,，這種MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。

N溝道增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線,，見(jiàn)圖4,。

圖4轉(zhuǎn)移特性曲線

(3)P溝道MOS管

P溝道MOS管的工作原理與N溝道MOS管完全相同，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 主要參數(shù)

(1) 直流參數(shù)

指耗盡型MOS夾斷電壓UGS=UGS(off) ,、增強(qiáng)型MOS管開(kāi)啟電壓UGS(th),、耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管的飽和漏極電流IDSS(UGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流)、輸入電阻RGS.

(2) 低頻跨導(dǎo)gm

gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取,，單位是mS(毫西門子),。

(3) 最大漏極電流IDM

2 場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管

場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是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)三極管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，它有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET(Junction type Field Effect Transister)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分,。IGFET也稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體三極管MOSFET (Metal Oxide Semicon-ductor FET),。

2.2.1 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(MOSFET)分為：

增強(qiáng)型 →N溝道、P溝道

耗盡型 →N溝道,、P溝道

N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)見(jiàn)圖02.13,。 電極D(Drain)稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極;

G(Gate)稱為柵極,，相當(dāng)于的基極;

S(Source)稱為源極,，相當(dāng)于發(fā)射極。

(1)N溝道增強(qiáng)型MOSFET

① 結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖02.13,，N溝道增強(qiáng)型MOSFET基本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū),，從N型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極D,，一個(gè)是源極S,。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底,，用符號(hào)B表示,。

圖02.13 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

② 工作原理

1.柵源電壓VGS的控制作用

當(dāng)VGS=0 V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管,，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0

進(jìn)一步增加VGS，當(dāng)VGS>VGS(th)時(shí)( VGS(th) 稱為開(kāi)啟電壓),，由于此時(shí)的柵極電壓已經(jīng)比較強(qiáng),，在靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體表層中聚集較多的電子，可以形成溝道,，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,。在柵極下方形成的導(dǎo)電溝道中的電子,，因與P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反,，故稱為反型層。隨著VGS的繼續(xù)增加,，ID將不斷增加,。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對(duì)漏極電流的控制關(guān)系可用iD=f(vGS)?VDS=const這一曲線描述，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線,，見(jiàn)圖02.14,。

圖02.14 轉(zhuǎn)移特性曲線

轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 gm 的量綱為mA/V,，所以gm也稱為跨導(dǎo),。

跨導(dǎo)的定義式如下：

3.雙極型和場(chǎng)效應(yīng)型三極管的比較