场效应管——结构

场效应管（Field Effect Transtitor, FET）按结构可分为两类

一、结型场效应管（Junction FET， JFET）

二、金属-氧化物-半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor FET, MOSFET）

根据导电载流子的带电特性分类

1、N（电子型）沟道MOSFET

根据导电沟道形成机理分类

1）增强型（简称E，enhance型），即E型NMOS管

2）耗尽型（简称D，depleted型），即D型NMOS管

2、P（空穴型）沟道MOSFET

根据导电沟道形成机理分类

1）增强型（简称E，enhance型），即E型PMOS管

2）耗尽型（简称D，depleted型），即D型PMOS管

一、MOS管结构

本文以E型NMOS管为例，其结构如图（a）所示。

E型NMOS管以一块掺杂浓度较低、电阻率较高的P型硅半导体薄片作为衬底。利用扩散的方法在P型硅中形成两个高掺杂的 $N^{+}$ 区。然后再P型硅表面生长一层很薄的二氧化硅绝缘层（就是对P型硅表面作氧化处理），并在二氧化硅的表面及 $N^{+}$ 型区的表面上分别安置三个铝电极——栅极g（gate）、源极s（source）和漏极d（drain），这三个点击分别对应晶体管的基极、发射极以及集电极。这样就形成了E型NMOS管。

图（c）是E型NMOS管的符号。箭头方向表示由P（衬底）指向N（沟道），图中垂直短画线代表沟道，短画线表示未加适当栅压之前漏极与源极之间无导电沟道。

二、E型NMOS管的工作原理

第一种情况 $v_{GS}=0$ ，没有导电沟道。

这种情况如上图（a）所示，栅源短接（即 $v_{GS}=0$ ），此时栅极、源极以及衬底之间没有电势差，无法使衬底中的电子产生定向移动，自然无法形成导电沟道。

第二种情况 $v_{GS}\geq v_{T}$ ，出现N型沟道。

如图（b）所示，在栅源之间加上正向电压，在电压的作用下衬底中的电子向栅极靠近形成一个N型薄层，称之为反型层，这个反型层实际上就组成了源极和漏极之间的N型导电沟道。由于它是栅源正电压感应产生的，所以也成为感生沟道，电压越大，沟道越厚。可以通过控制栅源电压的大小改变沟道的厚度。

这种在 $v_{GS}=0$ 时没有导电沟道，而必须依靠栅源电压的作用，才形成感生沟道的FET称为增强型FET。

一旦出现了感生沟道，原来被P型衬底隔开的两个 $N^{+}$ 型区就被感生沟道连通了。此时若有漏源电压 $v_{DS}$ ，将有漏极电流 $i_{D}$ 产生。一般把在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压 $v_{GS}$ 叫做开启电压 $v_{T}$ 。

场效应管——结构

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