场效应晶体管

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场效应晶体管

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主要内容1. 场效应管的结构、符号与工作原理2. 场效应管的工作状态和特性曲线3. 场效应管的基本特性4. 场效应管的电路模型5-4场效应晶体管场效应晶体管概述场效应管,简称FET(Field Effect Transistor),主要特点:(a)输入电阻高,可达107~1015 。

(b)起导电作用的是多数(一种)载流子,又称为单极型晶体管。

(c)体积小、重量轻、耗电省。

(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。

(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。

场效应管按结构可分为:结型场效应管(JFET )和绝缘栅型场效应管(MOSFET );按工作原理可分为增强型和耗尽型。

场效应管的类型N 沟道P 沟道增强型耗尽型N 沟道P 沟道N 沟道P 沟道(耗尽型)FET场效应管JFET 结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管的电路符号MOSFET 符号增强型耗尽型GS D SG D P 沟道G S DN 沟道GS D U GS =0时,没有漏极电流,U GS =0时,有漏极电流,U GS 高电平导通U GS 低电平导通需要加负的夹断电压U GS(off)才能关闭,高于夹断电压U GS(off)则导通而只在U GS >0时,能导通,低于开启电压U GS(th)截止5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理1.场效应管基本结构图5-2-22沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系:栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道(简称沟道)。

=0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。

22例5-10在Multisim 中用IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图5-4-3所示,改变V GS ,观察电压V DS 与i D 之间的关系。

场效应晶体管

场效应晶体管

场效应晶体管中英文介绍(field-effect transistor,缩写:FET)场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。

它依靠电场去控制导电沟道形状,因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。

场效应晶体管有时被称为单极性晶体管,以它的单载流子型作用对比双极性晶体管(bipolar junction transistors,缩写:BJT)。

尽管由于半导体材料的限制,以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管容易制造,场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出,但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。

历史场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明,但是实用的器件一直到1952年才被制造出来(结型场效应管,Junction-FET,JFET)。

1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET),从而大部分代替了JFET,对电子行业的发展有着深远的意义。

基本信息场效应管是多数电荷载体的设备。

该装置由一个活跃的信道,通过该多数载流子,电子或空穴,从源到流向漏极。

源极和漏极端子导体被连接到半导体通过欧姆接触。

的通道的导电性的栅极和源极端子之间施加的电位是一个函数。

FET的三个端子是:源极(S),通过其中的多数载流子输入通道。

进入该通道,在S点的常规的电流被指定由IS。

漏极(D),通过其中的多数载流子离开的通道。

常规电流在D通道进入指定的ID。

漏源电压VDS。

栅极(G),调制的通道的导电性的端子。

通过施加电压至G,一个可以控制的ID。

场效应晶体管的类型在耗尽模式的FET下,漏和源可能被掺杂成不同类型至沟道。

或者在提高模式下的FET,它们可能被掺杂成相似类型。

场效应晶体管根据绝缘沟道和栅的不同方法而区分。

场效应管

场效应管

MOS管分为四种类型:N沟道耗尽型管、N沟道增强型管、P沟道耗尽型管和 P沟道增强型管。
MOS管的特点
输入阻抗高、栅源电压可正可负、耐高温、易 集成。
N沟道增强型绝缘栅场效应管 (1)结构与符号 增强型的特点
1. 工作原理
绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制“感应电荷”
的多少,改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的
一、结型场效应管(JFET)
1 结构与工作原理 (1)构成 结型场效应管又有N沟道和P沟道两种类型。
N沟道结型场效应管的结构示意图
结型场效应管的符号
(a)N沟道管
(b) P沟道管
(2)工作原理 N· JFET的结构及符号
在同一块N型半导体上制作两 个高掺杂的P区,并将它们连 接在一起,引出的电极称为栅 极G,N型半导体的两端引出 两个电极,一个称为漏极D, 一个称为源极S。P区与N区交 界面形成耗尽层,漏极和源极 间的非耗尽层区域称为导电沟 道。
直流输入电阻 RGS :其等于栅源电压与栅极电流之比,结型管的 RGS 大于10^7 欧,而MOS管的大于10^9欧。
二、交流参数
1. 低频跨导 gm 用以描述栅源之间的电压 UGS 对漏极电流 ID 的控 制作用。 ΔI D gm ΔU GS U DS 常数 单位:ID 毫安(mA);UGS 伏(V);gm 毫西门子(mS)
绝缘栅
B端为衬底,与源极短接在一起。
N沟道耗尽型MOS管的结构与符号
(2)N沟道的形成 N沟道的形成与外电场对N沟道的影响 控制原理分四种情况讨论:
① uGS 0时,来源于外电场UGS正极的正电荷使SiO2中原有的正电荷数目增加, 由于静电感应,N沟道中的电子随之作同等数量的增加,沟道变宽,沟道电阻减 小,漏电流成指数规律的增加。

场效应晶体管制造实验流程

场效应晶体管制造实验流程

场效应晶体管制造实验流程
场效应晶体管(Field-Effect Transistor,简称FET)的制造实验流程主要包括以下几个步骤:
1.基片准备:选择适合制造FET的硅基片,并进行清洗和表
面处理,以确保基片表面的平整和纯净。

2.氧化层制备:将基片放入高温氧化炉中,在高温下用氧化
方法在基片上生长一层氧化层,通常用作绝缘层或栅氧化层。

3.接极制作:在氧化层上面用光刻技术和蚀刻工艺,制作晶
体管的接极区。

4.蚀刻阻挡层:在接极制作完成后,在基片表面涂覆一层光
刻胶,用于保护接极区不受后续的蚀刻过程影响。

5.栅电极制作:在光刻胶上加热固化,然后使用光刻技术将
栅金属电极的形状曝光到光刻胶上,并用金属蒸镀或化学气相沉积技术在基片表面沉积制作栅电极所需的金属层。

6.接极和源极接触制作:去除光刻胶并进行金属蒸镀或化学
气相沉积,以在接极和源极区域铺设金属层,与接极区和源极区的半导体接触形成导电通道。

7.掺杂:使用离子注入或扩散等技术,向接极和源极区域注
入或扩散掺杂剂,以改变其电性质。

8.清洗和测试:清洗基片并检查FET器件的工作情况,包括
电阻、电流、电压等参数的测试。

9.封装和封装测试:将FET器件封装在适当的封装中,并进
行封装测试,以验证器件的稳定性和可靠性。

以上是场效应晶体管制造实验的一般流程,不同实验室或实验条件可能略有差异。

同时,更高级的FET器件,如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或CMOS(互补金属氧化物半导体)器件,制造流程可能更加复杂。

场效应晶体管的应用

场效应晶体管的应用

场效应晶体管的应用
场效应晶体管(FET)是一种半导体器件,它的应用十分广泛。

以下是场效应晶体管的一些应用:
1. 放大器:FET可以用作放大器,它具有高输入电阻和低噪声特性,可以放大小信号。

2. 开关:FET可以用作开关,它的开关速度快,功耗低,可以用于高频率的开关电路。

3. 模拟开关:FET可以用作模拟开关,它的阻值可以通过控制栅极电压来改变,可以模拟可变电阻。

4. 滤波器:FET可以用作滤波器,它可以通过控制栅极电压来改变其通导性质,可以实现可调滤波器。

5. 感应加热器:FET可以用作感应加热器的开关,它的开关速度快,功率损耗低,可以实现高效率的加热。

6. 计算机存储器:FET可以用作计算机存储器,它的电容可以通过控制栅极电压来改变,可以实现非易失性存储。

总之,场效应晶体管的应用十分广泛,涵盖了电子学、通信、计算机、医疗等多个领域。

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场效应管基本资料

场效应管基本资料

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(108W~109W)、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、场效应晶体管的型号命名方法现行场效应管有两种命名方法。

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。

三、场效应管的参数1、IDSS —饱和漏源电流。

场效应晶体管

场效应晶体管
1.4场效应晶体管
Field-Effect Transistors (FETs)
内容提要
1.4.1结型场效应管,原理、输出特性与转移特性 1.4.2绝缘栅型场效应管,原理、输出特性与转移特性 1.4.3场效应管的主要参数 1.4.5场效应管与晶体管的比较
1.4.1结型场效应管的结构和符号
图1.4.11 N沟道耗尽型MOS管结构 示意图、符号及转移特性
图1.4.13 场效应管的符号及特性
1.4.3场效应管的主要参数
直流参数
夹断电压U GS (off ) 开启电压U GS(th)
交饱流和参漏数极电流I DSS
直流输入电阻RGS ( DC )
低频跨导gm

iD uGS
U DS const
图1.4.2 N沟道结型场效应管的结构示意图
图1.4.3 uDS =0时uGS对导电沟道的控制作用
沟道变窄
沟道消失
uDS 0... ?
图1.4.4 UGS(off)< uGS <0且uDS >0的情况
DS间为电阻特性 预夹断
恒流பைடு நூலகம்
gm

iD uGS
图1.4.5 场效应管的输出特性
123
极间电容 Cgs , Cgd , Cds
极限参数
I 最大漏极电流 DM 击穿电压U (BR)DS ,U (BR)GS 最大耗散功率PDM
例 1.4.2 试分析 为0V,8V和10V情况下
uI
uO分别为多少?
uI
如图所示电路,场效应管的夹断电压UGS(off)=-4V, 饱和漏电流IDSS=4mA。 试问,为保证负载电阻RL上的电流为 恒流, RL的取值范围为多少?

场效应晶体管工作原理

场效应晶体管工作原理

场效应晶体管工作原理
场效应晶体管,简称场效应管。

它的型号为3DJ、3DO、CS等后加序号和规格号表示。

它的形状与一般三极管相像(如图),并兼有一般三极管体积小、耗电省等特点,但两者的掌握特性却截然不同。

一般三极管是通过掌握基极电流来掌握集电极电流的一种电流掌握型器件,输入阻抗较低。

而场效应管是利用输入电压产生的电场效应来掌握输出电流的一种电压掌握型器件,图几种场效应
它具有输入阻抗高、热稳定性好、便于集成化等优点而得到广泛管的形状
应用。

场效应管按导电机构不同,分结型场效应管和绝缘栅场效应管两种。

下面我们主要争论结型场效应管,并适当介绍绝缘栅场效应管。

1. 结型场效应管
假如采纳某种方法来掌握半导体导电区域的大小,从而使它的电阻发生转变,就能掌握N型半导体中电流。

我们知道,PN结内大多是不能移动的杂质离子,载流子很少,电阻率很高,当它加上反向电压时,PN结就会变宽。

假如在N型半导体两侧制造两个PN结,转变反向电压的大小,就可转变PN结宽度,掌握电子流通区域的大小,从而掌握N型半导体中电流强弱。

结型场效应管正是依据这一基本导电原理制成的。

2.绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管是指栅极和漏极、源极完全绝缘的场效应管,它的输入阻抗更高。

目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是金属-氧化物-半导体场效应管,简称MOS管,它也有N沟道和P沟道两类(分别叫作NMOS和PMOS),其中每一类又可分为增加型和耗尽型两种。

场效应晶体管

场效应晶体管

场效应管的测量(5)

(5)用测反向电阻值的变化判断跨导的大小 对VMOS N沟道增强型场效应管测量跨导性能时,可用红表笔接源极S、黑表笔接漏极D,这就相 当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的,管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表 的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档,此时表内电压较高。当用手接触栅极G时,会发现管的反向电阻值 有明显地变化,其变化越大,说明管的跨导值越高;如果被测管的跨导很小,用此法测时,反向阻值变 化不大。 二、.场效应管的使用注意事项 (1)为了安全使用场效应管,在线路的设计中不能超过管的耗散功率,最大漏源电压、最大栅源电压 和最大电流等参数的极限值。 (2)各类型场效应管在使用时,都要严格按要求的偏置接人电路中,要遵守场效应管偏置的极性。如 结型场效应管栅源漏之间是PN结,N沟道管栅极不能加正偏压;P沟道管栅极不能加负偏压,等等。 (3)MOS场效应管由于输人阻抗极高,所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路,要用金属屏蔽包装, 以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意,不能将MOS场效应管放人塑料盒子内,保存时最好放 在金属盒内,同时也要注意管的防潮。 (4)为了防止场效应管栅极感应击穿,要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好 的接地;管脚在焊接时,先焊源极;在连入电路之前,管的全部引线端保持互相短接状态,焊接完后才 把短接材料去掉;从元器件架上取下管时,应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等;当然,如果 能采用先
具体方法:用万用表电阻的R×100档,红表笔接源极S,黑表笔接漏极D,给场效应管加 上1.5V的电源电压,此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的 栅极G,将人体的感应电压信
场效应管的测量(3)

号加到栅极上。这样,由于管的放大作用,漏源电压VDS和漏极电流Ib都要发 生变化,也就是漏源极间电阻发生了变化,由此可以观察到表针有较大幅度的摆 动。如果手捏栅极表针摆动较小,说明管的放大能力较差;表针摆动较大,表明 管的放大能力大;若表针不动,说明管是坏的。 根据上述方法,我们用万用表的R×100档,测结型场效应管3DJ2F。先将管的 G极开路,测得漏源电阻RDS为600Ω,用手捏住G极后,表针向左摆动,指示 的电阻RDS为12kΩ,表针摆动的幅度较大,说明该管是好的,并有较大的放大 能力。 运用这种方法时要说明几点:首先,在测试场效应管用手捏住栅极时,万用表针 可能向右摆动(电阻值减小),也可能向左摆动(电阻值增加)。这是由于人体 感应的交流电压较高,而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同(或 者工作在饱和区或者在不饱和区)所致,试验表明,多数管的RDS增大,即表 针向左摆动;少数管的RDS减小,使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何, 只要表针摆动幅度较大,就说明管有较大的放大能力。第二,此方法对MOS场 效应管也适用。但要注意,MOS场效应管的输人电阻高,栅极G允许的感应电 压不应过高,所以不要直接用手去捏栅极,必须用于握螺丝刀的绝缘柄,用金

场效应晶体管的分类及使用

场效应晶体管的分类及使用

场效应晶体管的分类及使用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。

见附图1。

MOS场效应晶体管使用注意事项。

MOS场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换。

MOS场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则:1.MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。

也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件。

3.焊接用的电烙铁必须良好接地。

4.在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS器件焊接完成后在分开。

5.MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。

拆机时顺序相反。

6.电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。

7.MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。

在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。

●场效应管的测试。

下面以常用的3DJ型N沟道结型场效应管为例解释其测试方法:3DJ型结型场效应管可看作一只NPN型的晶体三极管,栅极G对应基极b,漏极D对应集电极c,源极S对应发射极e。

所以只要像测量晶体三极管那样测PN结的正、反向电阻既可。

把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极,红表笔分别接另外两极,当出现两次低电阻时,黑表笔接的就是场效应管的栅极。

红表笔接的就是漏极或源极。

对结型场效应管而言,漏极和源极可以互换。

对于有4个管脚的结型场效应管,另外一极是屏蔽极(使用中接地)。

目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2所示。

●场效应晶体管的好坏的判断。

先用MF10型万用表R*100KΩ挡(内置有15V电池),把负表笔(黑)接栅极(G),正表笔(红)接源极(S)。

给栅、源极之间充电,此时万用表指针有轻微偏转。

场效应晶体管

场效应晶体管

概述场效应晶体管:英文名称为Field Effect Transistor,缩写为FET,简称场效应管。

各类场效应管根据其沟道所采用的半导体材料,可分为N型沟道和P型沟道两种。

所谓沟道,就是电流通道。

半导体的场效应,是在半导体表面的垂直方向上加一电场时,电子和空穴在表面电场作用下发生运动,半导体表面载流子的重新分布,因而半导体表面的导电能力受到电场的作用而改变,即改变为加电压的大小和方向,可以控制半导体表面层中多数载流子的浓度和类型,或控制PN结空间电荷区的宽度,这种现象称半导体的场效应。

场效应管属于电压控制元件,这一点类似于电子管的三极管,但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的,与双极型晶体管相比,场效应晶体管具有如下特点:(1)输入阻抗高;(2)输入功耗小;(3)温度稳定性好;(4)信号放大稳定性好,信号失真小;(5)由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低。

根据构造和工艺的不同,场效应管分为结型和绝缘型两大类。

结型场效应管图十一(a)是结型场效应管的结构示意图。

图十一(b)是N型导电沟道结型场效应管的电路符号。

在两个高掺杂的P区中间,夹着一层低掺杂的N区(N区一般做得很薄),形成了两个PN结。

在N区的两端各做一个欧姆接触电极,在两个P区上也做上欧姆电极,并把这两个P区连起来,就构成了一个场效应管。

从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D,从两个P区引出的电极叫栅极G,很薄的N 区称为导电沟道。

绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种,我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管,在正常情况下断开的称增强型效应管。

增强型场效应管特点:当Vgs = 0时Id(漏极电流) = 0,只有当Vgs增加到某一个值时才开始导通,有漏极电流产生。

并称开始出现漏极电流时的栅源电压Vgs为开启电压。

耗尽型场效应管的特点,它可以在正或负的栅源电压(正或负偏压)下工作,而且栅极上基本无栅流(非常高的输入电阻)。

场效应管和晶体管的异同

场效应管和晶体管的异同

晶体管的结构和特性
晶体管由三个半导体层(发射极、基极和集电极)组成,通过电流控制其开关状态。
晶体管具有放大信号的作用,可用于信号放大、振荡和开关电路等。
根据结构不同,晶体管可分为NPN和PNP两种类型,其工作原理和特性略有不同。
晶体管的特性曲线包括输入特性曲线和输出特性曲线,反映了晶体管在不同工作条件下的性能表 现。
在模拟电路和数字电路中均 有广泛应用
晶体管定义
晶体管是由半导体材料制成的电子器件 晶体管具有放大、开关、振荡等功能 晶体管由三个电极(基极、集电极和发射极)组成 晶体管可分为NPN和PNP两种类型
异同点概述
同处:都是半导体器件,具 有放大作用。
异处:场效应管是电压控制器 件,晶体管是电流控制器件。
晶体管工作原理
晶体管由三个半 导体组成,包括 两个N型和一个P 型半导体,中间 是P型半导体,两 侧是两个N型半导 体。
当基极(B)电压 变化时,基极-发 射极(B-E)之间 的电压发生变化, 进而控制集电极 (C)和发射极 (E)之间的电流。
晶体管的工作原 理是通过控制基 极电流来控制集 电极电流,从而 实现信号放大或 开关作用。
添加标题
添加标题
场效应管输入阻抗高,适用于低噪 声放大器;晶体管输出阻抗低,适 用于功率放大器。
场效应管在开关状态下的效率较高; 晶体管在放大状态下的效率较高。
结构和特性的异 同
场效应管的结构和特性
结构:由源极、栅极、漏极三个电极组成,源极和漏极之间是导电沟道 特性:电压控制型器件,输入阻抗高,噪声低,热稳定性好 工作原理:通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流 应用:放大器、振荡器、开关电路等
晶体管的放大系 数取决于基极和 发射极之间的电 压差,以及集电 极和基极之间的 电压。

场效应晶体管的研究与应用

场效应晶体管的研究与应用

场效应晶体管的研究与应用场效应晶体管技术是电子学领域中最重要的技术之一。

它的出现改变了传统电子学器件中的主动元件现象,使得电学性能无限接近于模拟器件中理论极限。

在当今的电子技术领域中,场效应晶体管享有极高的地位,它是集成电路的基础,被广泛应用于数字和模拟信号电路中。

本文将从场效应晶体管的历史和结构、性能特点、当前的研究进展和应用方面进行论述。

一、场效应晶体管的历史和结构场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)是由美国贝尔实验室的肖克利及其学生发明的。

1954年,肖克利发明了第一台晶体管,这一发明引领了整个信息时代的诞生。

场效应晶体管的结构体现了其名称的特性,即晶体管中有一个控制电场,使其电阻受到控制。

与双极晶体管的“加流控电”原理不同,场效应晶体管的导通和断开都在控制电极的电场下进行。

因此,它是一种三电极器件,由栅(Gate)、漏(Drain)和源(Source)三个电极构成。

场效应晶体管的结构主要由半导体材料、绝缘材料和金属材料组成。

它所包含的半导体材料还包括P型、N型和金属氧化物场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)等类型。

P型和N型场效应晶体管的结构类型不同,相对而言,P型场效应晶体管的电荷载流子由空穴构成,形成的晶体管电路称为P型场效应晶体管电路;N型场效应晶体管的电荷载流子由电子构成,形成的晶体管电路称为N型场效应晶体管电路。

二、场效应晶体管的性能特点场效应晶体管具有许多优点,如电路中具有高的输入阻抗,高的增益,低的噪声和低的功耗等。

同时,它还具有高速开关、小型化和方便集成等特点。

这些特性使它成为数字和模拟电路中广泛使用的主动器件。

(一) 高的输入阻抗场效应晶体管的栅极与源极之间的金属绝缘层中没有电池磁场存在,因此,该部分区域内的载流子是通过扩展电场实现的。

当栅极的电压变化时,形成的电场作用于绝缘层表面的电子和空穴,造成载流子的积累或被排斥。

场效应晶体管的工作原理

场效应晶体管的工作原理
正常工作时,漏极接电源正极,源极接电源负极,栅极接偏置电源的负极。
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
更多电子元件资料
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。

mos晶体管的工作原理

mos晶体管的工作原理

mos晶体管的工作原理MOS晶体管的工作原理。

MOS晶体管,全称金属-氧化物-半导体场效应晶体管,是一种常见的电子器件,广泛应用于集成电路和数字电路中。

它的工作原理是基于场效应,通过控制栅极电压来调节源极和漏极之间的电流,从而实现信号放大和开关控制等功能。

MOS晶体管由金属栅极、氧化物绝缘层和半导体衬底组成。

当栅极上施加一个电压时,栅极和半导体之间会形成一个电场,这个电场会影响半导体中的载流子浓度分布,从而改变源极和漏极之间的电流。

栅极电压的变化可以在源极和漏极之间产生电场效应,进而控制电流的变化,实现对信号的放大和调节。

MOS晶体管有两种工作方式,分别是增强型和耗尽型。

增强型MOS晶体管在没有栅极电压的情况下,源极和漏极之间不会有电流通过,需要通过施加正向电压到栅极才能开启。

而耗尽型MOS晶体管在没有栅极电压时,源极和漏极之间会有一定的电流通过,需要通过施加负向电压到栅极才能关闭。

MOS晶体管在数字电路中应用广泛,可以实现逻辑门、存储器等功能。

在集成电路中,MOS晶体管的尺寸越小,功耗越低,速度越快,因此在芯片制造技术不断进步的今天,MOS晶体管已成为集成电路的主要组成部分。

除了在数字电路中的应用,MOS晶体管还可以应用于模拟电路中,实现信号放大、滤波等功能。

通过调节栅极电压,可以实现对信号的放大和调节,因此MOS晶体管在模拟电路中也有着重要的应用价值。

总的来说,MOS晶体管通过栅极电压的调节来控制源极和漏极之间的电流,实现对信号的放大和开关控制。

它在数字电路和模拟电路中都有着广泛的应用,是现代电子技术中不可或缺的重要组成部分。

随着集成电路技术的不断进步,MOS晶体管的性能和应用领域也将不断扩展和深化。

场效应晶体管

场效应晶体管

场效应晶体管一、场效应晶体管概述场效应晶体管(FET)简称场效应管,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、温度系数低、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。

场效应管工作时只有一种极性的载流子参与导电,所以场效应管又称为单极型晶体管。

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(IGFET)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N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。

二、场效应晶体管与半导体晶体管的异同1、外形相同场效应晶体管与半导体晶体管(双极晶体管)的封装外形基本相同,也有B型、F型、G型、TO-3型金属封装外形和S-1型、S-2型、S-4型、TO-92型、CPT型、TO-126型、TO-126FP 型、TO-202型、TO-220型、TO-247型、TO-3P型等塑料封装外形。

2、结构及工作原理不同场效应晶体管属于电压型控制器件,它是依靠控制电场效应来改变导电沟道多数载流子(空穴或电子)的漂移运动而工作的,即用微小的输入变化电压V G来控制较大的沟道输出电流I D,其放大特性(跨导)G M=I D/V G;半导体晶体管属于电流通渠道型控制器件,它是依靠注入到基极区的非平衡少数载流子(电子与空穴)的扩散运动而工作的,即用微小的输入变化电流I b控制较大的输出变化电流I c,其放大倍数β=I c/I b。

场效应晶体管

场效应晶体管

场效应晶体管
(Field Effect Transistor,FET)
场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)是一种电子器件,它采用外加电场控制导通,具有较大的电阻比和低电流消耗特性。

它也可称作“无源三极管”或“开关晶体管”,是目前最常用的晶体管之一。

它由两个极区和一个通道区构成,其构造与普通的三极管不同,是一种半导体器件。

FET由一个n极(发射极)、一个p极(收集极)和一个沟道(通道)构成,它的工作原理是通过外加的电场作用在沟道上,来控制沟道的导通状态,从而对输出电流产生控制作用,因此,FET又被称为“无源三极管”或“开关晶体管”。

FET有大电阻比、低电流消耗等特点,可用作放大器、滤波器、阻断器等,广泛应用于电子电路中。

《场效应晶体管》课件

《场效应晶体管》课件
压力
在制造过程中,压力也是一个重要的参数,它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度,从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数,不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成,时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中,气体流量是关键的参数之一, 它能够影响材料的生长速度和均匀性,从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三:场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果,理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四:场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸,提高集成度和能效比,同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术,如纳米线、纳米孔等新型器件结构,以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展,包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展,对场效应晶体管的性能要求也越来 越高,需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一:场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二:场效应晶体管放大电路的搭建与 测试

场效应晶体管

场效应晶体管
当0<UGS<UGS(th)(UGS(th)称为开启电压),即栅极有一定的较小电 压时,通过栅极和衬底间的电容作用,在靠近栅极下方,P型半导体中的空 穴将会被向下排斥,从而出现一薄层电子的耗尽层。耗尽层中的电子将向表
层运动,但数量有限,不足以形成沟道,将漏极和源极沟通,所以漏极电流
ID仍为零。


MOS
(2)漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
第 10 页
(a)UDS≈0
(b)UGD>UGS(th)
(c)UGD=UGS(th)
在UDS为0或较小时,沟道电阻一定,ID随UDS的增大而线性增大。 当UDS较大,且UGD>UGS(th)时,靠近漏端的耗尽层变宽,沟道变窄, 出现楔形,沟道电阻增大,ID增大缓慢。
(a)
(b)
第5页
(c)
第6页



晶 体 管
场 效 应




1.1
2 N沟道耗尽型MOS管的结构
N沟道耗尽型MOS管的结构如下图(a)所示。它也是在P型硅衬底上形 成一层SiO2薄膜绝缘层,与增强型所不同的是,它在SiO2绝缘层中掺有大量 的正离子,不需要外电场作用,这些正离子所产生的电场也能在P型硅衬底 与绝缘层的交界面上感应出大量或足够多的电子,形成N型导电沟道。N沟 道耗尽型MOS管的电路符号如下图(b)所示,P沟道耗尽型MOS管的电路 符号如下图(c)所示。
(2)漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
当UGS>UGS(th),且为某一固定值时,在漏极和源极之间加上正电压
UDS,会有ID形成。如下图所示为不同的漏源电压UDS对沟道的影响。根据此
图可得如下关系
UDS=UDG+UGS=-UGD+UGS

场效应晶体管的主要材料

场效应晶体管的主要材料

场效应晶体管的主要材料
场效应晶体管的主要材料包括:衬底、栅极、源极和漏极。

衬底通常是硅基材料,如单晶硅、多晶硅或硅石英等,它是整个晶体管的基础。

栅极是放置在衬底上的一个金属片或半导体材料,它通过与衬底之间的绝缘层实现对源极和漏极之间电流的控制。

源极和漏极通常是金属或半导体材料,它们通过与栅极之间的绝缘层相连,形成源漏区,是晶体管的电流输出端口。

这些材料的性能和制备工艺对晶体管的性能和可靠性有着重要的影响。

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2 2 2 2 2 2

qN a

Si
E x ,y E x ,y E x ,y C X Y Z
2
si toxtsi 2 ox
3
si toxtsi 3 ox
4
si toxtsi 4 ox
Isabelle Ferain, Cynthia A. Colinge ,et al. nature(2011)
Current ON/OFF > 10^6 SS =64mv/decade close to the theoretical limit
Strikingly similar to regular MOSFETS
3
Applications
1D2D Field-Effect Transistor
Sujay B. Desai, Surabhi R. Madhvapathy, et al. Science(2016)
Structure : n channel MOSFET
Isabelle Ferain, Cynthia A. Colinge ,et al. nature(2011)
2
The principle of field - effect transistors
2
The principle of field - effect transistors
3. A new type of transistor
Nanowire Transistors Without Junctions 1D2D Field-Effect Transistor(1-nanometer gate lengths) Field-Effect Tunneling Transistor Based on Vertical Graphene Heterostructures
4
Summary
1. Fundamental characteristics
I-V characteristics Transfer characteristics Subthreshold characteristics
2. Characteristics with scaling down
Velocity saturation Ballistic transport Drain-induced barrier lowering(DIBL) effect
I-V characteristic
2
The principle of field - effect transistors
Subthreshold VG <VT
当栅电压低于阈值电压时,半导体表面呈弱反型或 耗尽,相应的漏电流称为亚阈值电流,尽管亚阈值 电流较小,但亚阈值电流随栅压急剧地变化,因而 对低电压、底功耗应用特别的重要。
Thanasis Georgious, Rashid Jail, et al. nature nanotechnology(2013)
3
Applications
Field-Effect Tunneling Transistor Based on Vertical Graphene Heterostructures
si toxtsi ox
x (x ) 0 exp( ) 1
1
2
The principle of field - effect transistors
Multigate field effect transistor
x ,y x ,y x ,y x y z
Thank you!
28
3
Applications
1Байду номын сангаас2D Field-Effect Transistor
3
Applications
Field-Effect Tunneling Transistor Based on Vertical Graphene Heterostructures
L. Britnell , R.V. Gorbachev , et al. Science(2012)
2
The principle of field - effect transistors
Ballistic transport
由于载流子(在运动过程)要经历大量的散射事件,速度饱和是一个稳态 平衡现象。然而,当沟道长度与平均自由程同等量级或者小于平均自由程 时,沟道载流子不会遭受散射而失去从电场获得的能量,因而其速度可以 比饱和速度高得多。 器件的电流和跨导都比速度饱和时高,这也是不断缩小器件尺寸的动力。
3
Applications
Nanowire transistors without junctions
Jean-Pierre Colinge, Chi-Woo Lee et al, nature nanotechnology(2010)
3
Applications
Nanowire transistors without junctions
2
The principle of field - effect transistors
Poisson’s equation:
Avoid short-channel effect
x ,yx ,yqN a qN a x ,yx ,y x ,y x x y y z Si Si
d x ,y dy
y 0

ox f x gs C 1 x si tox
x s x gs
qN a 2 1 si
d(x ,y ) 3. dy
y tsi
C 1 x 2tsiC 2 x 0
d 2(x ) (x ) 2 0 令y=0 , dx 2 1
3
Applications
Field-Effect Tunneling Transistor Based on Vertical Graphene Heterostructures
3
Applications
Field-Effect Tunneling Transistor Based on Vertical Graphene Heterostructures
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
x ,y C 0 x C 1 x y C 2 x y 2
In case of a single-gate SOI device the boundary conditions to equation are:
1. x , 0 s x C 0 x 2.
Institute of Physics, CAS
Field Effect Transistors
Liang Zhu SF01 Supervisor: Xuedong Bai Oct. 28,2016
CONTENTS
1
Backgrounds
2 The principle of field effect transistors
Current ON/OFF > 10^6 SS < 60mv/decade (the theoretical limit , Si )
3
Applications
Field-Effect Tunneling Transistor Based on Vertical Graphene Heterostructures
典型值:
70mv — 100mv/decade VG – VT < -0.5V
1
亚阈值电流可以忽略
2
The principle of field - effect transistors
Velocity saturation
在高场下,迁移率不再是常数,随着VD的增加,载流子速 度趋于饱和。表现也是电流开始时增加,然后达到饱和。但 此时的饱和机理与恒定迁移率不同,在夹断之前发生。
3
Applications
1D2D Field-Effect Transistor
larger electron effective mass along the transport direction (mn* ∼ 0.55m0 for MoS2 versus mn* ∼ 0.19m0 for Si [100])
2
The principle of field - effect transistors
Subthreshold Swing
量化MOS管如何随栅压快速关断 的参数称为亚阈值摆幅S(亚阈值 斜率的倒数),定义为漏电流减 小一个数量级所需的栅电压的变 化量。
S lg I D / VG
JACQUES G.RUCH ,IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,1972
2
The principle of field - effect transistors
Drain-induced barrier lowering(DIBL) effect
短沟道时,源和漏的耗尽层宽度之和约等于沟道长度,出现穿通,结果是在源 和漏之间产生很大的漏电流(leakage current)。 其原因是DIBL效应,即源漏之间势垒下降,短沟道时更明显。
3
4
Applications Summary
1
Backgrounds
The key words are here!
W.Shockley W.Brattain J.Bardeen
Noble prize:1956
1
Backgrounds
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