场效应管工作原理分析及总结

场效应管原理分析

场效应管（场效晶体管）分类
结型场效应管
绝缘型场效应管
各类场效应管符号及特性曲线

场效应管（场效晶体管）分类

场效应管按结构不同可以分为：结型场效应管和绝缘型场效应管；
按工作状态不同可以分为：增强型（不存在原始导电沟道）和耗尽型（存在原始导电沟道）；
根据导电沟道不同可以分为：N沟道（NPN）和P沟道（PNP）；

结型场效应管

结型常瀛观的结构和符号如图所示。

以左侧的N沟道结型场效应管为例，它是由一块N型半导体衬底上制作了两个高掺杂的P区，并将它们连接再一起。两个高掺杂的P区引出的电极称为栅极G，N型半导体两端引出的电极分别为漏极D和源极S。P区和N区交界面形成耗尽层，源极S和漏极D之间存在着一个初始导电沟道（N沟道），因此结型场效应管均为耗尽型。
为了能使N沟道结型场效应管能够正常工作，一般使UGS<0（对两侧PN结施加反向电压，保证耗尽层存在，但不能过小，如果超过某一临界值，即UGS≤UGS(off),导电沟道会消失，UGS(off)称为夹断电压)；UDS>0(若UDS=0，多子不会产生定向移动，因此漏极电流Id=0)。但需要注意的是，并不是UDS越大，电流Id也越大。
当UGS保持不变，UDS=0时，因为UGD=UGS-UDS，所以UGS=UGD，漏极D和源极S间的导电沟道宽度一致。
当UGS保持不变，UDS>0时，因为UGD=UGS-UDS，所以随之UDS的增大，UGD逐渐减小，导致靠近漏极D一侧的耗尽层变宽，导电沟道变窄，但漏极电流Id随着UDS的增大而线性增大（对应可变电阻区）；
一旦UGD=UGS(off)，靠近漏极D一侧的耗尽层会出现夹断，若UDS继续增大，导致UGD<UGS(off)，夹断区会变长，这时会有两种趋势，一方面由于夹断区变长，导致漏极电流Id变小，另一方面由于UDS增大，导致漏极电流Id变大，两种趋势会相互抵消，UDS增大的部分几乎全部用于克服夹断区。因此达到瑜伽段状态后即UGD≤UGS(off)，对于固定的UGS，漏极电流Id表现出横流特性（对应恒流区）。
当UDS保持不变，UGD<UGS(off)时，对于确定的UGS就有确定的漏极电流Id。

绝缘型场效应管

     绝缘型场效应管的源极S、漏极D和栅极G之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。

1、N沟道增强型MOS管工作原理

当UDS=0,且UGS>0时，由于SiO2的存在，栅极G电流为零，但在UGS形成的电场的作用下，排斥P型衬底中靠近SiO2一侧的空穴，吸引P型衬底中的电子，形成耗尽层（若电场强度不够，排斥的空穴和吸引的电子数量少，吸引来的电子都与剩下的空穴结合，形成耗尽层）。
当UGS＞UGS（th）时，还会在耗尽层与SiO2绝缘层之间形成反型层，这就是沟通源极S和漏极D的N型导电沟道。（若电场强度足够，排斥的空穴和吸引的电子数量多，吸引来的电子少量与剩下的空穴结合，形成耗尽层，多余的电子则形成反型层）。

N沟道增强型MOS管输出特性曲线原理：（与前文结型场效应管分析相同）

    当UGS保持不变，UDS=0时，因为UGD=UGS-UDS，所以UGS=UGD，漏极D和源极S间的导电沟道宽度一致。当UGS保持不变，UDS>0时，因为UGD=UGS-UDS，所以随之UDS的增大，UGD逐渐减小，导致靠近漏极D一侧的耗尽层变宽，导电沟道变窄，但漏极电流Id随着UDS的增大而线性增大（对应可变电阻区）；一旦UGD=UGS(off)，靠近漏极D一侧的耗尽层会出现夹断，若UDS继续增大，导致UGD<UGS(off)，夹断区会变长，这时会有两种趋势，一方面由于夹断区变长，导致漏极电流Id变小，另一方面由于UDS增大，导致漏极电流Id变大，两种趋势会相互抵消，UDS增大的部分几乎全部用于克服夹断区。因此达到瑜伽段状态后即UGD≤UGS(off)，对于固定的UGS，漏极电流Id表现出横流特性（对应恒流区）。当UDS保持不变，UGD<UGS(off)时，对于确定的UGS就有确定的漏极电流Id。![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/5779dfee671b461ca69596877beeae59.png)

2、N沟道增强型MOS管工作原理

 如果在制造MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，那么即使UGS=0，在正离子的作用下，P型衬底表层也会形成反型层，即沟通源极S和漏极D的N型导电沟道。此时，在只要在源极S和漏极D之间加正向电压，就会产生漏极电流。当UGS>0时，N型导电沟道变宽，Id增大；反之，N型导电沟道变窄，Id减小。当UGS减小到某一临界值，即UGS=UGS(off)时，N型导电沟道消失。

各类场效应管符号及特性曲线