場效應(yīng)管原理分析
- 場效應(yīng)管（場效晶體管）分類
- 結(jié)型場效應(yīng)管
- 絕緣型場效應(yīng)管
- 各類場效應(yīng)管符號及特性曲線
場效應(yīng)管（場效晶體管）分類
場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同可以分為：結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣型場效應(yīng)管；
按工作狀態(tài)不同可以分為：增強(qiáng)型（不存在原始導(dǎo)電溝道）和耗盡型（存在原始導(dǎo)電溝道）；
根據(jù)導(dǎo)電溝道不同可以分為：N溝道（NPN）和P溝道（PNP）；
結(jié)型場效應(yīng)管
結(jié)型常瀛觀的結(jié)構(gòu)和符號如圖所示。
以左側(cè)的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例，它是由一塊N型半導(dǎo)體襯底上制作了兩個高摻雜的P區(qū)，并將它們連接再一起。兩個高摻雜的P區(qū)引出的電極稱為柵極G，N型半導(dǎo)體兩端引出的電極分別為漏極D和源極S。P區(qū)和N區(qū)交界面形成耗盡層，源極S和漏極D之間存在著一個初始導(dǎo)電溝道（N溝道），因此結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型。
為了能使N溝道結(jié)型場效應(yīng)管能夠正常工作，一般使UGS<0（對兩側(cè)PN結(jié)施加反向電壓，保證耗盡層存在，但不能過小，如果超過某一臨界值，即UGS≤UGS(off),導(dǎo)電溝道會消失，UGS(off)稱為夾斷電壓)；UDS>0(若UDS=0，多子不會產(chǎn)生定向移動，因此漏極電流Id=0)。但需要注意的是，并不是UDS越大，電流Id也越大。
當(dāng)UGS保持不變，UDS=0時，因?yàn)閁GD=UGS-UDS，所以UGS=UGD，漏極D和源極S間的導(dǎo)電溝道寬度一致。
當(dāng)UGS保持不變，UDS>0時，因?yàn)閁GD=UGS-UDS，所以隨之UDS的增大，UGD逐漸減小，導(dǎo)致靠近漏極D一側(cè)的耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，但漏極電流Id隨著UDS的增大而線性增大（對應(yīng)可變電阻區(qū)）；
一旦UGD=UGS(off)，靠近漏極D一側(cè)的耗盡層會出現(xiàn)夾斷，若UDS繼續(xù)增大，導(dǎo)致UGD<UGS(off)，夾斷區(qū)會變長，這時會有兩種趨勢，一方面由于夾斷區(qū)變長，導(dǎo)致漏極電流Id變小，另一方面由于UDS增大，導(dǎo)致漏極電流Id變大，兩種趨勢會相互抵消，UDS增大的部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)。因此達(dá)到瑜伽段狀態(tài)后即UGD≤UGS(off)，對于固定的UGS，漏極電流Id表現(xiàn)出橫流特性（對應(yīng)恒流區(qū)）。
當(dāng)UDS保持不變，UGD<UGS(off)時，對于確定的UGS就有確定的漏極電流Id。
絕緣型場效應(yīng)管
絕緣型場效應(yīng)管的源極S、漏極D和柵極G之間均采用SiO2絕緣層隔離，因此而得名。
1、N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理
當(dāng)UDS=0,且UGS>0時，由于SiO2的存在，柵極G電流為零，但在UGS形成的電場的作用下，排斥P型襯底中靠近SiO2一側(cè)的空穴，吸引P型襯底中的電子，形成耗盡層（若電場強(qiáng)度不夠，排斥的空穴和吸引的電子數(shù)量少，吸引來的電子都與剩下的空穴結(jié)合，形成耗盡層）。
當(dāng)UGS＞UGS（th）時，還會在耗盡層與SiO2絕緣層之間形成反型層，這就是溝通源極S和漏極D的N型導(dǎo)電溝道。（若電場強(qiáng)度足夠，排斥的空穴和吸引的電子數(shù)量多，吸引來的電子少量與剩下的空穴結(jié)合，形成耗盡層，多余的電子則形成反型層）。
N溝道增強(qiáng)型MOS管輸出特性曲線原理：（與前文結(jié)型場效應(yīng)管分析相同）
當(dāng)UGS保持不變，UDS=0時，因?yàn)閁GD=UGS-UDS，所以UGS=UGD，漏極D和源極S間的導(dǎo)電溝道寬度一致。
當(dāng)UGS保持不變，UDS>0時，因?yàn)閁GD=UGS-UDS，所以隨之UDS的增大，UGD逐漸減小，導(dǎo)致靠近漏極D一側(cè)的耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，但漏極電流Id隨著UDS的增大而線性增大（對應(yīng)可變電阻區(qū)）；
一旦UGD=UGS(off)，靠近漏極D一側(cè)的耗盡層會出現(xiàn)夾斷，若UDS繼續(xù)增大，導(dǎo)致UGD<UGS(off)，夾斷區(qū)會變長，這時會有兩種趨勢，一方面由于夾斷區(qū)變長，導(dǎo)致漏極電流Id變小，另一方面由于UDS增大，導(dǎo)致漏極電流Id變大，兩種趨勢會相互抵消，UDS增大的部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)。因此達(dá)到瑜伽段狀態(tài)后即UGD≤UGS(off)，對于固定的UGS，漏極電流Id表現(xiàn)出橫流特性（對應(yīng)恒流區(qū)）。
當(dāng)UDS保持不變，UGD<UGS(off)時，對于確定的UGS就有確定的漏極電流Id。
2、N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理
如果在制造MOS管時，在SiO2絕緣層中摻入大量正離子，那么即使UGS=0，在正離子的作用下，P型襯底表層也會形成反型層，即溝通源極S和漏極D的N型導(dǎo)電溝道。此時，在只要在源極S和漏極D之間加正向電壓，就會產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)UGS>0時，N型導(dǎo)電溝道變寬，Id增大；反之，N型導(dǎo)電溝道變窄，Id減小。當(dāng)UGS減小到某一臨界值，即UGS=UGS(off)時，N型導(dǎo)電溝道消失。
各類場效應(yīng)管符號及特性曲線
