3.1.2 N沟道结型场效应管的工作原理
场效应管工作原理及应用
场效应管工作原理（1）场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
一、场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS 功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管（ＪＦET)得结构与工作原理1、JＦET得结构与符号Ｎ沟道JFEＴP沟道ＪFET２、工作原理（以N沟道JFEＴ为例)N沟道JFET工作时,必须在栅极与源极之间加一个负电压-—VＧS＜0,在D－S间加一个正电压——V DS＞0、栅极—沟道间得PN结反偏，栅极电流ｉG≈０,栅极输入电阻很高(高达10７Ω以上).Ｎ沟道中得多子(电子)由S向D运动,形成漏极电流iＤ。
i D得大小取决于ＶDS得大小与沟道电阻。
改变ＶGS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V GS对i D得控制作用以及VＤS对iＤ得影响。
①栅源电压ＶGS对i D得控制作用当VＧS〈0时，PN结反偏,耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，IＤ减小；ＶＧS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，IＤ≈０。
这时所对应得栅源电压V GS称为夹断电压VＰ。
②漏源电压ＶDS对i D得影响在栅源间加电压V GS<０，漏源间加正电压ＶDS > 0。
则因漏端耗尽层所受得反偏电压为V GD＝V GＳ-V DS，比源端耗尽层所受得反偏电压V GS大，(如:VＧS=-2V, V DS =3V，V P=－９Ｖ,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD＝—5V,源端耗尽层受反偏电压为－2V）,使靠近漏端得耗尽层比源端宽,沟道比源端窄,故V DS对沟道得影响就是不均匀得,使沟道呈楔形。
当V DS增加到使VＧD=ＶGS－VＤS＝V P时,耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。
当V DＳ继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。
由于夹断处电阻很大,使ＶDＳ主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区得载流子都拉至漏极,形成漏极电流IＤ.预夹断后I D基本不随VＤＳ增大而变化。
①V GＳ对沟道得控制作用当V GS<0时,PＮ结反偏→耗尽层加厚→沟道变窄。
VＧＳ继续减小，沟道继续变窄.当沟道夹断时，对应得栅源电压V GS称为夹断电压V P(或VＧS(ｏff) ）.对于N沟道得ＪFＥＴ,ＶＰ〈0.②V DS对沟道得控制作用当ＶGS=0时,V DＳ→ＩD., G、D间PN结得反向电压增加，使靠近漏极处得耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。
场效应管原理
场效应管原理来源：互联网作者：关键字：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。
N沟道MOS管的结构及工作原理
N沟道MOS管的结构及工作原理N沟道金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)的结构及工作原理结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109W，但在要求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。
而且，由于它的输入电阻是PN结的反偏电阻，在高温条件下工作时，PN结反向电流增大，反偏电阻的阻值明显下降。
与结型场效应管不同，金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）的栅极与半导体之间隔有二氧化硅（SiO2）绝缘介质，使栅极处于绝缘状态（故又称绝缘栅场效应管），因而它的输入电阻可高达1015W。
它的另一个优点是制造工艺简单，适于制造大规模及超大规模集成电路。
MOS管也有N沟道和P沟道之分，而且每一类又分为增强型和耗尽型两种，二者的区别是增强型MOS管在栅-源电压vGS=0时，漏-源极之间没有导电沟道存在，即使加上电压vDS（在一定的数值范围内），也没有漏极电流产生（iD=0）。
而耗尽型MOS管在vGS=0时，漏-源极间就有导电沟道存在。
一、N沟道增强型场效应管结构a) N沟道增强型MOS管结构示意图(b) N沟道增强型MOS管代表符号 (c) P沟道增强型MOS管代表符号在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。
然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。
另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。
显然它的栅极与其它电极间是绝缘的。
图 1(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。
代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。
P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图 1(c)所示。
二、N沟道增强型场效应管工作原理1．vGS对iD及沟道的控制作用MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。
从图1(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。
完整版对场效应管工作原理的理解
如何理解场效应管的原理，大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂，给初学的人学习造成很大的难度，要深入学习就越感到困难，本人以自己的理解加以解释，希望对初学的人有帮助，即使认识可能不是很正确，但对学习肯定有很大的帮助。
场效应管的结构场效应管是电压控制器件，功耗比较低。
而三极管是电流控制器件，功耗比较高。
但场效应管制作工艺比三极管复杂，不过可以做得很小，至恸米级大小。
所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。
对大电流功率器件处理比较困难，不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力，也有大功率场管出现，大有取代三极管的趋势。
场效应管具有很多比三极管优越的性能。
结型场效应管的结构结型场效应管又叫JFET,只有耗尽型。
这里以N沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的结构及基本工作原理。
图为N沟道结型场效应管的结构示意图。
在一块N型硅，材料（沟道）上引出两个电极，分别为源极（S）和漏极（D）。
在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极，称为栅极（G）。
这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。
当栅极开路时，沟道相当于一个电阻，其阻值随型号而不同，一般为数百欧至数千欧。
如果在漏极及源极之间加上电压U DS，就有电流流过，I D将随U DS的增大而增大。
如果给管子加上负偏差U GS时，PN结形成空间电荷区，其载流子很少，因而也叫耗尽区（如图a中阴影区所示）。
其性能类似于绝缘体，反向偏压越大，耗尽区越宽，沟道电阻就越大，电流减小，甚至完全截止。
这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片（沟道）中的电流大小的目的。
注：实际上沟道的掺杂浓度非常小，导电能力比较低，所以有几百到几千欧导通电阻。
而且是PN结工作在反向偏置的状态。
刚开机时，如果负偏置没有加上，此时I D是最大的。
特点：1 , GS和GD有二极管特性，正向导通，反向电阻很大2: DS也是导通特性，阻抗比较大3: GS工作在反向偏置的状态。
4: DS极完全对称，可以反用，即D当做S , S当做D。
场效应管工作原理
场效应管工作原理MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。
由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。
这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。
同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。
N沟道MOS FET的源极S接负，漏极接正，栅极接正，与NPN三极管接法相同！（发射极E、集电极C、基极B）MOSFET管内部两根线连载一起的是源极S图7 N沟道MOSFET场效应管在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。
当有一个正电压加在N沟道的MOS 场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。
第三章 场效应管放大电路讲解
d
结构图
B衬底 g
s
电路符号
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因此在栅源电压为零时，在正的vDS作用下，也有较 大的漏极电流iD由漏极流向源极。
当vGS>0时，由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电 流 iG ，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变 宽。在vDS作用下，iD将具有更大的数值。
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3.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
⒈ 结构和工作原理简述 这种管子在制造时，
SiO2绝缘层 中掺有大量
正离子
由于二氧化硅绝缘层中掺
有大量的正离子，即使在
vGS= 0时，由于正离子的 作用，也和增强型接入正
N型沟道
栅源电压并使vGS>VTh时相 似，能在P型衬底上感应 出较多的电子，形成N型 沟道，将源区和漏区连通
② 可变电阻区 （vDS≤vGS-VTh ）
iD Kn 2 vGS VTh vDS vD2S
iD/mA
可变电阻区 饱和区
电导常数Kn单位是mA/V2。
8 6
在特性曲线原点附近，vDS很 4
7V A
6V B
5V C
4V
小，则
2
D
vGS=3V
iD 2Kn vGS VTh vDS
E 截止区
5 10 15 20 vDS/V
电压vGS对漏极电流iD的控制
特性，即 iD f vGS vDS常数
由于饱和区内，iD受vDS的影
iD/mA 8
A
B
6 VDS =10V C
4
D
响很小，因此饱和区内不同vDS 下的转移特性基本重合。
场效应管及其工作原理
场效应管及其工作原理MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。
由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
图6为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。
这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。
同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。
图7对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。
当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。
结型场效应管的工作原理
结型场效应管的工作原理1. N 沟道结型场效应管（JFET)的工作原理工作条件：结型场效应管只能工作在栅源反偏的条件下, N 沟道结型场效应管只能工作在负栅压区（u GS <0)，否则将会出现栅流。
NSD GP + P +NSD GP + P +NSD Gu GS =0 P + P +u GS ≤U GS,off（ U GS,off 夹断电压）u GS < 0（1）栅源电压U GS 对导电沟道的控制作用7/731) 当u GS =0时，沟道较宽。
2)当U GS,off < u GS ≤0时， PN 结反偏，PN 结（耗尽层）加宽。
3)当u GS ≤U GS,off 时，耗尽层将导电沟道全部夹断。
N SD GP + P +N SD GP + P +N SD Gu GS =0 P + P +u GS ≤U GS,off（ U GS,off 夹断电压）u GS < 0转移特性曲线夹断电压工作条件：U GS,off ≤ u GS < 0 u DS >0说明：漏极D 到源极S 的电位逐渐降落，导电沟道中各点与栅极之间的反偏电压逐渐变小，形成一个倾斜的耗尽层。
D P +P +NGSu DSi Du GSi Du GS /V转移特性曲线恒流区电流9/73工作条件：U GS,off ≤ u GS < 0 u DS >0说明：(1)当漏极D 和源极S 之间接漏源电压u DS >0时，将在沟道产生电流i D 。
(2) DS 之间的电压导致DG 之间的反偏电压u GD < 0,当 u GD =U GS,off 时，即在漏极最出现预夹断。
D P +P +NGSu DSi D u GSu GS /Vi D10/73定义：u GS 一定时， i D 与u DS 的变化曲线，是一族曲线输出特性曲线U GS =0u GS =-1Vu GS = -2 Vu GS = - 3 Vu DS (V)i D (mA )可变电阻 区输出特性曲线()GSD DS Constantui f u ==重要！输出特性曲线有三个区：1）可变电阻区（ 恒阻区） 2）恒流区(饱和区、放大区） 3）击穿区U GS =-2V11/731)可变电阻区：当u DS 在较小（u DS < u GS -u GS,off ）区域时，增加u DS ，i D 将线性增大，此时漏极附近的耗尽层逐渐加厚，当耗尽层在漏极附近相遇时，称为预夹断，此时U GS =0 VU GS = -1VU GS= -2 Vu DS (V)i D (mA ) 可变 电阻区 U GS = - 3 V条件：U GS,off < u GS ≤ 0 D P + P + N G Su DS i D 预夹断 （2）漏源电压u DS 对漏极电流i D 的影响 2）恒流区：继续增加u DS ，u GD 反向电压不断增大,夹断区加长,增加的u DS 几乎全部用于克服夹断区增加的阻力，此时i D 几乎不变。
场效应管工作原理与应用
ID/mA VDS = VGS – VGS(th)
VGS = 5 V 4.5 V 4V 3.5 V
VGS > VGS(th)
V DS > VGS – VGS(th)
O
VDS /V
ID 只受 VGS 控制，而与 VDS 近似无关，表现出类似 三极管的正向受控作用。 考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS 的增加略有上翘。
第3章
3.1
3.2 3.3
场效应管
MOS 场效应管
结型场效应管 场效管应用原理
1
概
述
场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。
它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造
大规模集成电路的主要有源器件。
场效应管分类：
MOS 场效应管 结型场效应管
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。 • 场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。
2
3.1
MOS 场效应管
N 沟道(NMOS) P 沟道(PMOS)
增强型(EMOS)
MOSFET 耗尽型(DMOS)
N 沟道(NMOS) P 沟道(PMOS)
N 沟道 MOS 管与 P 沟道 MOS 管工作原理相似， 不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因此 导致加在各极上的电压极性相反。
O V –V GS GS(th)
VDS
曲线形状类似三极管输出特性。
9
MOSFET 工作原理：
利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压 VGS 的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的 宽窄，控制漏极电流 ID 。 • MOS 管仅依靠一种载流子 ( 多子 ) 导电，故称单极 型器件。 • 三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。
场效应管(FET)的工作原理总结
结型场效应管的工作原理N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N 沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。
N 沟道结型场效应管工作时，需要外加如图1所示的偏置电压，即在栅-源极间加一负电压(v GS ＜0)，使栅-源极间的P +N 结反偏，栅极电流i G ≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108Ω左右)。
在漏-源极间加一正电压(v DS ＞0)，使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D 。
i D 的大小主要受栅-源电压v GS 控制，同时也受漏-源电压v DS 的影响。
因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压v GS 对沟道电阻及漏极电流i D 的控制作用，以及漏-源电压v DS 对漏极电流i D 的影响。
转移特性：在u DS 一定时, 漏极电流i D 与栅源电压u GS 之间的关系称为转移特性。
()|D gs ds u i f u ==常数在U GS(off)≤u GS ≤0的范围内, 漏极电流i D 与栅极电压u GS 的关系为2()(1)GSD DDS GS off u i I u =-2) 输出特性：输出特性是指栅源电压u GS 一定, 漏极电流i D 与漏极电压u DS 之间的关系。
()|D s gs d u i f u ==常数GS 0123451．v GS对沟道电阻及i D的控制作用图2所示电路说明了v GS对沟道电阻的控制作用。
为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压v DS=0。
当栅-源电压v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图2(a)所示。
当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P+N结耗尽层将加宽。
由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图2(b)所示。
当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断，如图2(c)所示。
场效应晶体管的工作原理
由于栅极与P 区相连,所以,两个PN结都加上了反向电压,只有极微小电流流出栅极。由于漏极和源极都和N区相连,漏、源极之间加正向电压之后,在栅极电压负值不大时,源极之间有漏极电流,D流过,它是由N区中多数载流子(电子)形成的。
当PN结施加反向电压时(P接负极,N接正极),耗尽区就会向半导体内部扩展,使耗尽变宽,使耗尽区里的空间电荷增多。这种扩展,如果N区杂质浓度高于P区,主要在P区进行晶体管的工作原理如图73所示。它是在一块低掺杂的N型区两边扩散两个高掺杂的P型区,形成两个PN结,一般情况下N区比较薄。N区两端的两个电极分别叫做漏极(用字母D表示)和源极(用字母S表示),P 区引出的电极叫做栅极(用字母G表示)。
场效应晶体管的工作原理
场效应晶体管是受电场控制的半导体器件,而普通晶体管的工作是受电流控制的。场效应晶体管主要有结型场效应晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管(通常称MOS型)两种类型。两种管子工作原理不同,但特性相似。
1.结型场效应晶体管的工作原理
与普通结型晶体管一样,结型场效应晶体管的基本结构也是PN结。N型半导体与P型半导体形成PN结时,N区电子很多,空穴很少,而P区空穴很多,电子很少,因此在PN结交界处,N区电子跑向P区,P区空穴跑向N区。这样,在N区留下的是带正电的施主离子,在P区留下的是带负电的受主离子。这一区域内再也没有自由电子或空穴了,故称为“耗尽区”或“耗尽层”,又称空间电荷区
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由于P N结的耗尽区大部分在N区,当加上反向电压时,耗尽区主要向N区扩展。电压愈高,两个耗尽区之间电流可以通过的通道(常称为沟道)就愈窄,所以加在栅极与源极之间的负电压越大,两个耗尽区变得越厚,夹在中间的沟道就越薄,从而使沟道的电阻增大,漏电流ID减小;反之ID增大。漏极电流ID的大小会随栅、源之间的电压UGS大小而变,也就是说,栅、源电压US能控制漏电流ID,这就是结型场效晶体管的工作原理。需要着重指出的是,它是用电压来控制管子工作的。前面讲的是两个P 区夹着一个薄的N区形成的结型场效应晶体管,称为N沟道结型场效应晶体管。同样,用两个矿区夹着一个薄的P区就形成P沟道结型场效应晶体管,但是它的正常电压与N区沟道管子相反。
场效应管及其工作原理
场效应管及其工作原理MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。
由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。
这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。
同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。
对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。
当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。
n沟道mosfet工作原理_概述说明
n沟道mosfet工作原理概述说明1. 引言1.1 概述引言部分将介绍n沟道MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的工作原理，其中包括对MOSFET概述和N沟道MOSFET特点的讨论。
此外，我们还将详细解析N沟道MOSFET的工作原理，并探究其在电子器件和集成电路中的应用。
1.2 文章结构文章将按照以下结构进行描述：引言部分首先提供了本文的概述，然后介绍了接下来各节的主题内容。
接着，我们将深入具体介绍n沟道MOSFET工作原理、MOSFET的电流-电压关系、以及MOSFET的结构和参数影响。
最后，我们在结论部分对整篇文章进行总结和归纳。
1.3 目的本文旨在全面阐述n沟道MOSFET的工作原理及其相关概念，使读者能够深入了解该器件在电子领域中的应用。
同时，通过对MOSFET不同工作区域（线性区、饱和区、截止区）以及相关参数的讨论，读者能够更好地理解和应用MOSFET。
最终，我们希望读者能够对n沟道MOSFET的特点、工作原理以及其在电路设计和集成电路中的应用有一个全面而深入的了解。
2. N沟道MOSFET工作原理:2.1 MOSFET概述:金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）是一种重要的半导体器件。
它以其构造简单、易于集成、功耗低等特点，在现代电子领域被广泛应用。
2.2 N沟道MOSFET特点:N沟道MOSFET是一种有着N型沟道的金属-氧化物-半导体场效应晶体管。
它具有以下特点：a) 器件通常由掺杂富含阴极电荷的N型材料组成，且通过中间的介质与栅极隔离。
b) 当施加正向电压到栅极时，其下部形成一个可变的N型沟道，用于自由载流子传输。
c) 可以通过改变栅极电压来调节器件的输出电流。
2.3 N沟道MOSFET工作原理解析:在N沟道MOSFET中，主要有三个区域：源极（Source），漏极（Drain）和栅极（Gate）。
场效应晶体管工作原理
场效应管工作原理MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。
由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P 端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。
这是因为在P 型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。
同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。
对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。
当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。
我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。
模拟电子电路-第三章场效应管及基本电路
号 MOSFET 表 示 （ Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor）。此外，还有以氮化硅
为绝缘体的MNSFET等。
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源极 栅极 漏极
S
G
D
A 1层
N＋
N＋
耗 尽
L
层
P型 衬 底
W
氧 化层 (S iO 2 )
27
3―2―1 绝缘栅场效应管的结构 3―2―2 N沟道增强型MOSFET
(Enhancement NMOSFET) 一、导电沟道的形成及工作原理
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UDS
UGS
D
N＋
N＋
导 电沟 道
P型 衬 底
G
B
S
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B
(b )
(c )
图3―6N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号
(2) uGS固定，uDS增大，iD增大极小。
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3. 截止区
当UGS<UGSoff时，沟道被全部夹断，iD=0， 故此区为截止区。
4.击穿区 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压
uDG(=uDS-uGS)也随之增大。
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ID＞0 D
μn——沟道电子运动的迁移率；
•
Cox——单位面积栅极电容；
•
W——沟道宽度；
•
L——沟道长度(见图3―5(a))；
•
W/L——MOS管的宽长比。
场效应管的工作原理和优势
场效应管的工作原理和优势
一、工作原理
场效应管是一种广泛应用的电子器件，它利用电场效应来控制半导体材料的导电性能。
具体来说，场效应管由三个电极组成：栅极、源极和漏极。
在栅极与源极之间加一个电压，会在半导体材料中产生一个电场。
这个电场会影响源极和漏极之间的电流，从而实现电压的控制。
二、优势
1.低噪声：场效应管具有较低的噪声系数，因此它在放大信号时能保持较高的信噪比，特别适合用于通信、音频和视频等领域。
2.高输入阻抗：场效应管的输入阻抗极高，接近于无穷大。
这意味着它对信号源的负载非常小，有利于减小信号源的负担。
3.低功耗：由于场效应管的工作效率高，因此它在工作时的功耗较低。
这使得它适合用于便携式设备和电池供电的应用。
4.易于集成：场效应管可以在集成电路中实现小型化，使得它在微电子领域具有广泛的应用。
5.稳定性好：场效应管的阈值电压相对稳定，不易受温度和工艺等因素的影响。
这使得它在各种工作条件下都能保持稳定的性能。
6.易于控制：通过改变栅极电压，可以方便地控制漏极电流，使得场效应管成为一种易于控制的电子器件。
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栅源电压uGS 叫“夹断电压”，可用Up表示。
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N沟道结型场效应管的工作原理
2. 当uGS0，uDS对导电沟道和漏极电流iD的影响 （1）当uGS=0，uDS对沟道和iD的影响
uDS>0，沟道呈“楔形”。
随着uDS增大，沟道变窄，当uGD=Up时，漏极端预
夹断，此时iD=IDSS。若uDS继续增大，iD基本不变。当
道电阻决定，而沟道电阻的大小
又受uGS的控制。 随着|uGS|增加， 沟道电阻增大iD减小。当uGS =Up 时，导电沟道源极端被夹断，沟
道电阻趋于无穷大，iD=0，管子处于截止状态。
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工作原理
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N沟道结型场效应管的工作原理 1. 当uDS=0V，反偏电压uGS对导电沟道的控制作用
当uGS=0 ，导电沟道较宽；随着|uGS|的增大耗尽层 随之加宽 ，沟道逐渐变窄 ，最终使两侧耗尽区相接 ，
沟道夹断 ，使沟道电阻无穷大 。把沟道刚好夹断时的
|uGD||UBR|时，漏极端击穿，iD急剧增大。
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N沟道结型场效应管的工作原理
（2）在uGS<0的条件下，uDS对沟道和iD的影响 uGS<0与uGS=0的情况基本相同，只是|uGS|越大，
沟道越窄，电阻越大，对应同一个uDS值时的iD越小。 （3）uDS一定时，uGS对沟道和iD的影响 当uDS一定时，iD的大小由沟