场效应晶体管

可变I电D/阻mA区
过损耗区
击穿区
4V
曲线分五个区域： （1）可变电阻区 （2）恒流区（放大区）
恒流区
3..5V
（3）截止区
3V
（4）击穿区
O
UGS 2V
5 10 15
U DS /V
（5）过损耗区
截止区
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从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线，过程如下：
0.10 -80 -40
0 40 80 120 160 200
Gate Voltage (V)
电场下的电子
• 运动的电荷在垂直运动方向的磁场中会受 到洛伦兹力，因此运动会发生偏转。
霍尔效应
• 1879年，马里兰大学霍尔发现，当电流沿 着一个有宽度的导体流过时，如果在垂直 方向加上一个磁场，导体中的载流子就会 发生侧向偏移。从而产生霍尔电压。
背栅石墨烯场效应管原理
利用研究MOSFET的方法，研究石墨烯场效应 管的栅极电压和漏极电压对ID的控制分析
漏源电压UDS的控制作用
• 当栅极有比较小的电压时，石 墨烯被感应出的载流子浓度会 很少，显这然改样变情UG况S会下不会形成一 定的改电变流载流，子所浓度以，，石墨烯场效 应管就同会样改变会沟有道，开从启电压： U电G压S而 U用(t时hG影 。)S对；，响IDI当漏D的，控栅极这制极施说作明电加压电大压于就开会启导 电，但石墨烯场效应管不像 MOSFET，它没有PN结，所 以当UDS增大时不会对沟道的 导电性有影响，这样就没有饱 和电流，也就是说ID与UDS呈
N沟道增强型MOSFET的工作原理
对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进行讨
论，一是栅源电压UGS对沟道会产生影响，二是漏源电压UDS也会对沟 道产生影响，从而对输出电流，即漏极电流ID产生影响。
1．栅源电压UGS的控制作用 UDDSS=＞00
UGS
SG
D反型层
就先会显令改然漏变改源沟变电道U压G，SUDS=0，加入栅源电 压 SiOU从 这 的2GU层而 控说S以G的影 制明S带后表响 作U给并G面用ISD栅不对下。，极断I的D正增衬电加底荷。中，的会空将穴正推对走， 从而形成一层负离子层，即耗尽层，用
2．漏极输出特性曲线
当UGS＞UGS(th)，且固定为某一值时，反映UDS对ID的影响，即 ID=f(UDS)UGS=const这一关系曲线称为漏极输出特性曲线。
场效应三极管作为放大元件使用时，是工作在漏极输出特性曲线
水平段的恒流区，从曲线上可以看出UDS对ID的影响很小。但是改变 UGS可以明显改变漏极电流ID，这就意味着输入电压对输出电流的控制 作用。
ID/ mA
4V
恒流区
3..5V
3V
UGS 2V
O
5 10 15
U DS /V
ID/ mA
UDS 10V
4 3 2 1
O 1234
UGS(th)
UGS /V
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N沟道增强型MOSFET的特性曲线
N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线有两条，转移特性曲线和漏 极输出特性曲线。 1．转移特性曲线
霍尔家族
• 反常霍尔效应：（零磁场中的霍尔效应）对于磁性金属， 不加外磁场也可以观测到霍尔效应，就是反常霍尔效应。 不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转。 在一定温度下磁性材料，霍尔电压会比一般导体大得多的 现象。不大是正常的，太大的就叫反常了。
• 量子霍尔效应：在微观层面上研究霍尔效应时，也就是二 维电子气系统，在低温和强磁场下，产生的霍尔电压不是 连续变化的，而是像台阶一样一阶一阶变化。（利用强磁 场约束电子的运动，减少电流的热效应 ）
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2．漏源电压UDS的控制作用
设UGS＞UGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。
UDS
UGS＞UGS(th)
ID
SG
预夹断
D
++ ++
SiO2
N+
N+
P 型衬底
空穴 电子 正离子 负离子
显然漏源电压会对沟道产生影响，因
为源极和衬底相连接，所以加入UDS后， UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极 和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。
所以加入UDS后，在漏源之间会形成一个 倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。
当UDS进一步增加时， ID会不断增加, 同时，漏端的耗尽层上移，会在漏端出 现夹断，这种状态称为预夹断。
当UDS进一步增加时， 漏端的耗尽层 向源极伸展，此时ID基本不再增加，增加 的UDS基本上降落在夹断区。
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ID/ mA
4 3 2 1
O 123
Uth(on)
U DS 10V
4
U GS /V
N沟道增强型MOSFET的转移特
性曲线如左图所示，它是说明栅源
电压UGS对漏极电流ID的控制关系， 可用这个关系式来表达，这条特性曲 线称为转移特性曲线。
转移特性曲线的斜率gm反映了栅 源电压对漏极电流的控制作用。 gm 称为跨导。这是场效应三极管的一个 重要参数。
gm
ID U GSU DBiblioteka const绿显电子科技
石墨烯晶体管
• 石墨烯场效应晶体管结构与传统的 MOSFET不同，GFET直接用石墨烯作导电 沟道：背栅结构：
•同样是利用栅极电压控制石墨烯的载流子浓度， 从而控制电流的大小，栅压为负值时，载流子 类型是空穴，栅压是正值时，载流子类型为电 子。电压越大载流子浓度越大。
截止区 线性关系。
GFET的输出特性和转移特性曲线
GFET的输出特性和转移特性曲线
• 当UGS＞UGS(th)，且固定为某一值 时，反映UDS对ID的影响:
跨导 ：gm
I D U GS
U DS const
载流子浓度
Drain Current (mA)
0.25
V =0.5V
SD
0.20
0.15
V =50V Dirac
++ ++
N+
N+
P 型衬底
空穴 电子 正离子 负离子
SiO2
绿色的区域表示。 的 漏电 源子 之同电 间时荷 可效会， 形的在若 成当沟栅电 导U道极子电G，下S数沟较尽的量道小管表较。时加层多，感有，不生U从能D一S而形，定在成也有不 电 UD性S ，质沟就相道会反中能 刚 电有，的形 出 压漏称电成 现 ，极为子I时 用电反D和，U流。型PG对I当S层型D(t产h应增。衬)或生的加此底U。UU时的T表GG若SS多称，示加子为使。上导开ID刚启