場效應管——分類、結構以及原理

2017-08-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

場效應晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應管,是較新型的半導體材料,利用電場效應來控制晶體管的電流,因而得名。它只有一種載流子參與導電的半導體器件,是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。從參與導電的載流子來劃分,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。從場效應管的結構來劃分,它有結型場效應管和絕緣柵型場效應管之分。

1.結型場效應管

(1) 結型場效應管結構

N溝道結型場效應管的結構如下圖所示,它是在N型半導體硅片的兩側各制造一個PN結,形成兩個PN結夾著一個N型溝道的結構。兩個P區(qū)即為柵極,N型硅的一端是漏極,另一端是源極。

場效應管——分類、結構以及原理HFSS分析圖片1
結型場效應管的結構示意圖

(2) 結型場效應管工作原理

以N溝道為例說明其工作原理。

當VGS=0時,在漏、源之間加有一定電壓時,在漏源間將形成多子的漂移運動,產(chǎn)生漏極電流。當VGS<0時,PN結反偏,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。當漏極電流為零時所對應的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VGS(off)。

(3)結型場效應管特性曲線

結型場效應管的特性曲線有兩條,

一是輸出特性曲線(ID=f(VDS)| VGS=常量),

二是轉移特性曲線(ID=f(VGS)|VDS=常量)。

N溝道結型場效應管的特性曲線如下圖所示。

場效應管——分類、結構以及原理HFSS分析圖片2

(a) 漏極輸出特性曲線 (b) 轉移特性曲線

N溝道結型場效應管的特性曲線

2. 絕緣柵場效應三極管的工作原理

絕緣柵場效應三極管分為:

耗盡型→N溝道、P溝道

增強型→N溝道、P溝道

(1)N溝道耗盡型絕緣柵場效應管結構

N溝道耗盡型的結構和符號如下圖(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VGS=0時,這些正離子已經(jīng)感應出反型層,形成了溝道。于是,只要有漏源電壓,就有漏極電流存在。當VGS>0時,將使ID進一步增加。VGS<0時,隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小,直至ID=0。對應ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號VGS(off)表示,有時也用VP表示。

N溝道耗盡型的轉移特性曲線如下圖(b)所示。

場效應管——分類、結構以及原理HFSS分析圖片3

(a) 結構示意圖 (b) 轉移特性曲線

(2)N溝道增強型絕緣柵場效應管結構

N溝道增強型絕緣柵場效應管,結構與耗盡型類似。但當VGS=0 V時,在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當柵極加有電壓時,若VGS>VGS(th)時,形成溝道,將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓,就可以形成漏極電流ID。在VGS=0V時ID=0,只有當VGS>VGS(th)后才會出現(xiàn)漏極電流,這種MOS管稱為增強型MOS管。