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。

- 1 -。

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。

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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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