场效应晶体管结构工作原理和输出特性
场效应晶体管的工作原理通俗解释
场效应晶体管的工作原理通俗解释
场效应晶体管是一种半导体器件，它广泛应用于电子电路中。
它
是一种三端管，由栅极 (Gate)，漏极 (Drain) 和源极 (Source) 三
个极组成。
场效应晶体管的工作原理非常复杂，但是可以用通俗易懂
的语言来解释。
第一步：当 Vgs = 0 时，场效应晶体管处于关闭状态。
此时，
漏结区域的电势高于源结区域，导致电子从源到漏流动。
第二步：当 Vgs > Vth 时，场效应晶体管处于开启状态。
此时
栅结区域形成一个电场，能够吸引电子从源极流入栅极，同时通过栅
极--漏极结实现漏极区域加电压，从而使电子从源极向漏极流动。
第三步：当 Vgs < Vth 时，场效应晶体管仍然处于关闭状态。
此时，栅结区域不会形成足够的电场，无法吸引电子从源极流入栅极，而漏极区域仍然在电势高于源区域。
因此，电子仍然从源到漏流动。
总之，场效应晶体管的工作原理可以用控制门极电压来控制漏极
电流的方式来概括。
因为场效应晶体管的控制能力非常强，它能够更
有效地控制大功耗电路。
场效应晶体管
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》课件
六、总结
FET的优点与缺点
总结FET的优点和限制，帮助 您全面了解这一器件。
发展前景和应用前景
展望FET在未来的发展前景， 并探讨其在各个领域的应用 前景。
拟定的改善方案
提出改善FET性能和应用的建 议和方案，促进该技术的进 一步发展。
二、结构和工作原理
FET的结构组成
了解FET的结构和组成对于理解其工作原理至关 重要。
FET的工作原理
详细介绍FET的工作原理，包括导通和截止状态 的转换。
N型和P型FET的区别
掌握不同类型FET之间的区别，并理解其不同的 工作原理。
灵敏度和增益
解释FET的灵敏度和增益，以及对电路性能的影 响。
三、特性参数
2
2. FET振荡器
探索FET作为交流放大器的应用，详细介绍FET振荡器的基本电路和简单振荡电路。
五、FET的变型
M O SFET
MOSFET是一种常见的FET变型， 具有优异的性能和应用范围。
JFET
JFET是另一种重要的FET变型，适 用于一些特定的电路和应用。
基于FET的新型器件
介绍一些基于FET技术的新型器 件，展示FET在未来的发展前景。
《场效应晶体管》PPT课 件
欢迎来到《场效应晶体管》的PPT课件！本课程将介绍场效应晶体管的概述、 结构、工作原理、特性参数、常见的电路以及FET的变型，通过详细的讲解和 实例演示，帮助您深入理解这一关键器件的原理和应用。
一、场效应晶体管概述
场效应晶体管是一种重要的半导体器件，广泛应用于电子领域。它具有独特 的优势和一定的限制，而且可以在各种应用场景中发挥重要作用。
典型的FET参数
介绍常见的FET参数，如漏极电 流、跨导和截止电压。
MOSFET结构及其工作原理详解
MOSFET结构及其工作原理详解MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的半导体器件，广泛应用于电子设备中。
它由金属、氧化物和半导体构成，通过不同电压的施加来控制电流的流动。
下面将详细介绍MOSFET的结构和工作原理。
MOSFET的结构主要包括源极（Source）、漏极（Drain）、栅极（Gate）和绝缘层（Insulator）四个部分。
其中，源极和漏极是N型或P型半导体材料，栅极是金属材料，绝缘层一般采用二氧化硅。
栅极和绝缘层之间形成了一个电容，称为栅氧化物电容。
首先是摩尔斯电势形成。
当源极和漏极之间的电压为零时，栅极施加一个正电压，导致栅氧化物电容上积累了正电荷，使得绝缘层下的半导体材料形成了一个负摩尔斯电势。
这个负摩尔斯电势吸引了漏极和源极之间的电子，形成了一个电子云。
接下来是沟道形成。
当栅极施加的正电压增加到一定程度时，负摩尔斯电势足够吸引漏极和源极之间的电子，使其在绝缘层下形成一个导电通道，这个通道就叫做沟道。
沟道的形成使得源极和漏极之间形成了一个导电路径。
最后是沟道电流的控制。
当栅极施加的正电压继续增加时，沟道的宽度和电阻都会减小，从而使得漏极和源极之间的电流增大。
反之，当栅极施加的正电压减小时，沟道的宽度和电阻增大，电流减小。
因此，通过调节栅极电压，可以控制源极和漏极之间的电流大小。
总结起来，MOSFET的工作原理就是通过栅极电压的变化，控制源极和漏极之间的电流大小。
这种控制是通过绝缘层下形成的沟道来实现的，当栅极电压足够大时，沟道形成并导通，电流得以流动；当栅极电压减小时，沟道关闭，电流停止流动。
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性场效应管(MOSFET)是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。
它的输入电阻可高达1015W，而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。
场效应管也称为MOS管，按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。
在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。
绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。
每种又有增强型和耗尽型两类。
下面简单介绍它们的工作原理。
1、增强型绝缘栅场效应管2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。
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，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。
然后在半导体表面覆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一个铝电极，称为栅极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。
它的栅极与其他电极间是绝缘的。
图6-38(b)所示是它的符号。
其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。
图6-38 N沟道增强型场效应管场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。
从图6-39(a)可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。
当栅-源电压UGS=0时，即使加上漏-源电压UDS，而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID≈0。
若在栅-源极间加上正向电压，即UGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。
当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图6-39(b)所示。
mosfet管工作原理
mosfet管工作原理MOSFET管是一种常用的晶体管，其工作原理基于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的特性。
MOSFET管以其高速度、低功耗和可靠性等优点，在现代电子器件中得到广泛应用。
本文将从MOSFET 管的结构、工作原理和特性等方面进行详细介绍。
一、MOSFET管的结构MOSFET管的结构主要由源极、漏极、栅极和绝缘层组成。
其中，源极和漏极是两个注入材料的区域，栅极则是一层金属或者多晶硅的薄膜。
绝缘层主要是由氧化硅构成，起到隔离栅极和半导体材料的作用。
二、MOSFET管的工作原理MOSFET管的工作原理基于栅极电压的变化来控制漏极和源极之间的电流。
当栅极电压为零时，绝缘层会阻止电流的流动，此时MOSFET 处于截止状态。
当栅极电压增加，绝缘层会形成一个电场，使得漏极和源极之间形成一个导电通道，电流开始流动，MOSFET处于放大状态。
当栅极电压继续增加，电流也会增加，MOSFET处于饱和状态。
通过调节栅极电压，可以精确地控制MOSFET的导通和截止，从而实现对电流的精确控制。
三、MOSFET管的特性1. 高输入阻抗：MOSFET管的绝缘层能有效地隔离栅极和半导体材料，使得栅极输入电阻非常高，从而减小了对输入信号的负载效应。
2. 低输出阻抗：MOSFET管的漏极和源极之间形成的导电通道具有低阻抗特性，能够输出较大的电流。
3. 高速度：由于MOSFET管的结构简单，电流的流动速度快，因此其响应速度较快。
4. 低功耗：MOSFET管在截止状态时，几乎没有功耗，只有在放大状态时才会有一定的功耗。
5. 可靠性高：MOSFET管的结构简单，且由于绝缘层的存在，能够有效地防止电路短路和漏电现象，提高了器件的可靠性。
四、MOSFET管的应用由于MOSFET管具有高速度、低功耗和可靠性高等特点，因此在现代电子器件中得到了广泛应用。
例如，在数字集成电路中，MOSFET管常用于构建逻辑门电路和存储器单元；在模拟集成电路中，MOSFET 管则用于构建放大器和开关电路等。
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。
MOS管工作原理
MOS管工作原理MOSFET（MOS型场效应晶体管）是一种三端器件，由金属-氧化物-半导体晶体管(MOS)的缩写组成。
它是一种主要用于功率放大和开关应用的半导体器件。
MOSFET的工作原理基于半导体材料中的电子和空穴的导电性质。
MOSFET由一块P型或N型的半导体材料（称为衬底）和一个被氧化层包围的绝缘栅层组成。
绝缘栅层上有一个金属电极（称为栅）来控制电流流过晶体管。
晶体管的输入端是栅，输出端是源极和漏极。
MOSFET的工作原理可以通过以下几个步骤来解释：1.堆栈电场形成：当在MOSFET的栅上加上一个正电压时（对于N型MOSFET，正压使电子在衬底和栅之间形成电场；对于P型MOSFET，则取负电压），电场会使半导体材料中的自由电子被引导到分布在栅电极附近的衬底区域中。
2.形成沟道：在栅上施加的电场足够强时，材料中的电子会通过衬底进入通道区域，形成一个导电的通道。
这个通道连接源极和漏极。
3.控制电流：通过改变栅电压，可以控制通道中的电流。
当栅电压非常低或负电压时，通道被切断，电流无法通过。
当栅电压为正时，通道打开，电流可以流过。
4.输出信号：源极和漏极上的电流和电压可以用来控制其他电路的功能。
当输入信号施加到栅上时，输出信号可以在源极和漏极之间生成。
MOSFET的工作原理使其非常适合用作开关和放大器。
作为开关，MOSFET可以控制电路的通断。
当栅电压高时，通道打开，允许电流流过；当栅电压低时，通道关闭，电流无法通过。
这使得MOSFET可以在数字电路中用作逻辑门和存储器元件。
作为放大器，MOSFET可以放大输入信号，输出一个放大后的信号。
通过控制栅电压，可以调整放大倍数。
MOSFET的高输入阻抗和低输出阻抗使其在放大电路中非常有用。
MOSFET有一些优点，包括低功耗、高开关速度、高输入阻抗和低噪声。
它还可以在高频率下工作，适用于射频和微波电路。
总结起来，MOSFET的工作原理是通过改变栅电压控制电流流过晶体管。
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加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过， PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。
9
PN结中的扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条 件（例如温度一定）下，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数 载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷
区的宽度基本稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。
PN结的形成演示
空空间间电电荷荷区区
－－－ －－
+
+
+
++
P区 － － － － －
－－－ －－
+ +
+ +
+N区+ +
+ ++
－－－ －－
+Biblioteka ++
++
根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度 高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形成载流子极少的正
负空间电荷区（如上图所示），也就是PN结，又叫耗尽层。
10
扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的PN结
多子 扩散
阻止
形成空间电荷区 产生内电场
促使 少子
漂移
P区
N区
＋ ＋＋
＋ ＋＋
＋ ＋＋
载流子的扩散运动
P 区 空间电荷区
N区
＋＋ ＋
＋＋ ＋
＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
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（1）PN结外加正向电压
5
N型半导体的共价键结构
N型半导体中，自由电子为多数载流子（多子），空穴为少数载流子 （少子）。N型半导体主要靠自由电子导电。
6
P型半导体 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B）、 铟（In）等，则构成P型半导体。
三价的元素只有三个价电子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时， 由于缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空位，邻近的束缚电子如果获 取足够的能量，有可能填补这个空位，使原子成为一个不能移动的负离子， 半导体仍然呈现电中性，但与此同时没有相应的自由电子产生，如图所示。
本征激发产生电子空穴对
3
杂质半导体 在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。
根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型） 半导体和空穴型（P型）半导体。
4
N 型半导体 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷 （P）、砷（As）等，则构成N 型半导体。
五价的元素具有五个价电子，它们进入由硅（或锗）组成 的半导体晶体中，五价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在 与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，因为多一个价电子不 受共价键的束缚，很容易成为自由电子，于是半导体中自由电 子的数目大量增加。自由电子参与导电移动后，在原来的位置 留下一个不能移动的正离子，半导体仍然呈现电中性，但与此 同时没有相应的空穴产生，如图所示。
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（2）PN结外加反向电压
PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN
结反向偏置，简称为反偏，如图所示。
P端引出极接电源负极，N端引出极电源正极的接法称为反向偏置； 反向偏置时内、外电场方向相同，因此内电场增强，致使多子的扩 散难以进行，即PN结对反向电压呈高阻特性；反偏时少子的漂移运
P型半导体中，空穴为多数
载流子（多子），自由电 子为少数载流子（少子）。
P型半导体主要靠空穴导电。
P型半导体共价键结构
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PN结的形成 多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图所示。
由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原
来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离
共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子 组成，称为束缚电子。图所示为硅和锗的原子结构和共 价键结构。
硅和锗的原子结构和共价键结构 2
两种载流子——自由电子和空穴
温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电 子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空 位，称此空位为空穴。本征半导体中，自由电子和空穴成 对出现，数目相同。图所示为本征激发所产生的电子空穴 对。
动虽然被加强，但由于数量极小，反向电流 IR一般情况下可忽略不
计，此时称PN结处于截止状态。
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场效应晶体管简介
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效 应管。主要有两种类型: 1.（Junction FET—JFET)结型场效应管； 2.金属-氧化物-半导体场效应管（Metal-Oxide Semiconductor FET，简称MOSFET）绝缘栅型场效应管或者MOS场效应管 结型场效应管和MOS场效应管都有N沟道和P沟道之分，MOS场效应 管还有增强型和耗尽型之分，结型场效应管只有耗尽型，所以场 效应管共有六种类型的管子。场效应管由多数载流子参与导电， 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（107～1015Ω）、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。
目录：
1. 半导体材料简介 2. 场效应管简介 3. 场效应管分类 4. N沟道增强型MOS场效应管工作原理 5. N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理 6. 各种场效应的特性曲线 7. 场效应管与双极型晶体管比较 8. 场效应管的各项参数 9. 场效应管的命名规范
半导体材料简介
本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。 本征半导体的原子结构及共价键
PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN
结正向偏置，简称为正偏，如图1.8所示。 PN结外加正向电压（也叫正向偏置）时，如左下图所示： 正向偏置时外加电场与内电场方向相反，内电场被削弱，多子的扩 散运动大大超过少子的漂移运动，N区的电子不断扩散到P区，P区 的空穴也不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于 导通状态。
子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图所示。在空
间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因
此又称空间电荷区为耗尽层。
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空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指 向P区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍 作用。同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的