场效应晶体管
场效应晶体管电路
场效应晶体管电路
场效应晶体管电路有三种基本接法，分别是共源极、共漏极和共栅极接法。
1、共源极接法：相当于晶体管的共发射极接法，当输入信号电压加在栅极和源极之间时，通过改变场效应管中电流的大小，就可以控制漏极和源极之间的电压变化，从而实现对信号的放大作用。
2、共漏极接法：相当于晶体管的共集电极接法，当输入信号电压加在栅极和源极之间时，通过改变场效应管中电流的大小，就可以控制源极和漏极之间的电压变化，从而实现对信号的放大作用。
3、共栅极接法：相当于晶体管的共基极接法，当输入信号电压加在栅极和源极之间时，通过改变场效应管中电流的大小，就可以控制漏极和源极之间的电压变化，从而实现对信号的放大作用。
场效应管工作原理 1
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。
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。
电力场效应晶体管导通条件
电力场效应晶体管导通条件
电力场效应晶体管（FET）是一种重要的电子元件，它采用电场控制电流的原理实现导通和截止。
要了解电力场效应晶体管的导通条件，我们需要关注以下几个方面。
首先，电力场效应晶体管中的导通是通过门电极的输入电压来控制的。
当门极与源极之间的电压大于导通门限电压（Vth），晶体管就会导通。
其次，导通条件还与晶体管的栅极电流（Id）和负载电阻（RL）有关。
当电源电压施加在负载电阻上时，栅极电流的值可以通过根据欧姆定律计算得出。
如果栅极电流大于门电流（Ig）和栅极源电压（VGS）的比值，导通就会发生。
此外，晶体管的导通条件还受到电源电压和外部电路的影响。
电源电压需要满足一定的范围，使得晶体管能够正常工作。
外部电路中的电源电压、电流和电阻等参数也需要合理匹配，以确保晶体管能够按照设计要求进行导通。
总之，电力场效应晶体管的导通条件主要取决于门极与源极之间的电压、栅极电流和外部电路参数的合理设置。
在实际应用中，我们需要根据具体需求和元件规格，选择适当的导通条件，以确保晶体管正常工作。
场效应晶体管作用和特点
场效应晶体管作用和特点
场效应晶体管（英语：field-effecttransistor，缩写：FET）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。
（1）主要作用
1）场效应管可应用于放大。
由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
2）场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。
常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3）场效应管可以用作可变电阻。
4）场效应管可以方便地用作恒流源。
5）场效应管可以用作电子开关。
（2）特点
1）场效应管是电压控制器件，它通过VGS来控制ID；
2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。
3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；
4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；
5）场效应管的抗辐射能力强；
6）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。
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。
场效应管及其放大电路(5)
氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简
称MOS场效应管。
源极S 栅极G 漏极D
金属电极
SiO2绝缘层
符号： D
G
P型硅衬底
高掺杂N区
S 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电
阻很高，最高可达1014 。
2021/4/3
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(2) N沟道增强型管的工作原理 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
当UGS UGS(th）后，场效 应管才形成导电沟道，
开始导通，若漏–源之间 加上一定的电压UDS，则 有漏极电流ID产生。在 一定的UDS下漏极电流ID 的大小与栅源电压UGS有 关。所以，场效应管是
一种电压控制电流的器
件。
–ED +
S
EG
–UG+S G
D
N+
N+
P型硅衬底
N型导电沟道
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变 为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。
输出电阻
ri RG ( RG1 // RG2) rO RD
RG是为了提 高输入电阻ri 而设置的。
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由于晶体管的输出特性具有恒流输出特性，漏
源电阻(即场效晶体管的输出电阻)：
rds
ID/mA
ΔU DS ΔI D
uGS C
rds是很高的，在共源极放 大电路中，漏级电阻RD与 管子的输出电阻rds并联。
增尽强 型型 ：： 当当UGUS＝GS＝0时0时，，存没在有导导电电沟沟道道，，IDI0D＝。0。耗
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3. 场效应管的主要参数
(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数
场效应晶体管参数
场效应晶体管参数
场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端器件，常见的有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅场效应晶体管（IGFET，包括MOSFET的一种）。
以下是场效应晶体管的一些重要参数：
1.栅极-源极电压（Vgs）：栅极与源极之间的电压，它控制了场效应晶体管的导电状态。
2.漏极-源极电压（Vds）：漏极与源极之间的电压，决定了场效应晶体管的工作区域，包括饱和区和截止区。
3.漏极电流（Id）：从漏极到源极的电流，是场效应晶体管的输出电流，由Vgs和Vds 决定。
4.栅源电流（Igs）：流入或流出栅极的电流。
5.漏极电阻（Rd）：在特定工作点下，漏极电流和漏极-源极电压之间的比值。
6.跨导（Transconductance，gm）：栅极-源极电压变化引起的漏极电流变化的比率。
7.截止电压（Vth）：在栅极-源极电压为零时，漏极电流等于零的电压。
8.饱和电压（Vsat）：在工作区域为饱和时，漏极-源极电压的最小值。
9.电流增益（β）：漏极电流与栅源电流的比值。
10.输入电容（Ciss）：输入端（栅极）与输出端（漏极和源极）之间的总电容。
这些参数在设计和分析场效应晶体管电路时非常重要，工程师们使用它们来确定器件的性能和适用范围。
不同类型的场效应晶体管会有一些额外或不同的参数，具体取决于器件的结构和工作原理。
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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