FET的工作原理(FET-分类、结构和原理)

场效应晶体管(FET)是一种比较新型的半导体材料，利用电场效应来控制晶体管的电流，因此而得名。它是一种只有一个载流子参与导通的半导体器件，是一种输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与传导的载流子来分，它有以电子为载流子的N沟道器件和以空空穴为载流子的P沟道器件。根据场效应管的结构，可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。

1.结型场效应晶体管

(1)结型场效应晶体管结构

N沟道结FET的结构如下图所示。它是在N型半导体硅片的两面制作两个PN结，形成两个PN结夹着的N型沟道的结构。两个p区是栅极，n型硅的一端是漏极，另一端是源极。

结型场效应晶体管结构示意图

(2)结型场效应晶体管的工作原理

以N通道为例说明其工作原理。

当VGS=0时，在漏极和源极之间施加一定的电压，漏极和源极之间会产生多光子的漂移运动，产生漏极电流。当VGS(3)结场效应晶体管的特性曲线

结型场效应晶体管有两条特性曲线，

是输出特性曲线(ID=f(VDS)| VGS=常数)，

二、传递特性曲线(ID=f(VGS)|VDS =常数)。

N沟道结FET的特性曲线如下图所示。

(a)漏极输出特性曲线(b)传递特性曲线

N沟道结型场效应晶体管的特性曲线

2.绝缘栅场效应晶体管的工作原理

绝缘栅场效应晶体管分为:

耗尽型→N沟道、P沟道

增强型→N通道、p通道

(1)N沟道耗尽绝缘栅FET结构

N沟道耗尽型的结构和符号如下图(A)所示，是栅极下的SiO2绝缘层中掺杂了大量的金属正离子。因此，当VGS=0时，这些正离子已经诱发了反型层并形成了通道。所以，只要有漏源电压，就有漏电流。当VGS>0时，ID将进一步增加。VGSN沟道耗尽型的传输特性曲线如下图(b)所示。信息网络

(a)结构图(b)传递特性曲线

(2)N沟道增强型绝缘栅FET结构

n沟道增强型绝缘栅场效应晶体管，结构类似于耗尽型。但是，当VGS=0 V时，在D和S之间施加电压不会在D和S之间形成电流，当在栅极上施加电压时，如果VGS>VGS (th)，则形成一个沟道来连通漏极和源极。如果此时施加漏极-源极电压，可以形成漏极电流ID。当VGS=0V时，ID=0。只有当VGS>VGS (th)时，漏极电流才会出现。这种MOS晶体管被称为增强型MOS晶体管。

VG(th)-开启电压或阀门电压；

(3)P沟道增强型和耗尽型MOSFET

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只是导电载流子不同，供电电压极性不同。就像双极晶体管有NPN和PNP两种类型。

3场效应晶体管的伏安特性曲线

FET的特性曲线有很多种类型，根据导通沟道的不同以及是增强型还是耗尽型，有四种转移特性曲线和输出特性曲线，它们的电压和电流方向也不同。根据统一规定，特性曲线应画在不同的象限。为了方便绘图，P沟道管的正方向是反的。相关曲线如下图所示。

4.各种FET特性的比较

(a)传递特性曲线(b)输出特性曲线

5.场效应晶体管的主要参数

①开启电压VGS(th)(或VT)

导通电压是MOS增强晶体管的一个参数，栅源电压小于导通电压的绝对值，所以FET不能导通。

②夹断电压VGS(关)(或VP)

夹断电压是耗尽型场效应晶体管的一个参数。当VGS=VGS(关断)时，漏极电流为零。

③饱和漏电流IDSS

VGS=0时耗尽型场效应晶体管的漏电流。

④输入电阻RGS

FET的栅源输入电阻典型值，结型FET约为107，绝缘栅FET约为109 ~ 1015。

⑤低频跨导gm

低频跨导反映的是栅极电压对漏极电流的控制作用，与电子管的控制作用信息源网络非常相似。Gm可以从以mS(毫西门子)为单位的传递特性曲线中获得。

⑥最大消耗功率PDM

最大漏极功耗可由PDM=VDS ID确定，相当于双极晶体管的PCM。