【模电学习】单极型晶体管（FET场效应管）
场效应管(单极型晶体管)——FET(Feild Effect Transistor)
0、优势
仅依靠多数载流子导电，体积小、重量轻、寿命长，输入电阻高，热稳定性强、耗电小
1、结型场效应管 (JFET——Junction FET)
JFET结构如图，简化后的示意图基本上等价于下图所示，在一块N型上制作两个高掺杂的P型区；在N型区引出两个电极漏极d(drain)，源极s(source)，将两P型区相连并引出，为栅极g(gate)
阶段1：暂不考虑uDS，只考虑uGS，即d， s短路时，如图（a）所示，使用时将漏极d和源极s相连，二者同电位，成为level1，两P型区相连，视为栅极g，电位为level2，当两点引出的导线相连时，level1 = level2，呈现在PN型间PN结的效果就是PN结相对窄，中间导电沟道相对宽
阶段2：在uGS间加反压，level1 > level2，PN结反偏，沟道变窄，电阻增大
阶段3：uGS加到uGS(off)时，出现夹断，电流为0
加入uDS，同样的情况参考MOSFET，随着增大出现预夹断，由电阻区变恒流
注意，JFET的uGS需要是反向电压，因为当为正向电压时PN结正偏导通
2、绝缘栅型场效应管 (IGFET / MOSFET——Insulated Gate FET / Metal-Oxide-Semiconductor FET)
a/原理解析： MOSFET分N沟道和P沟道两类，这两类由都分增强型和耗尽型，下图以N沟道增强型MOSFET为例：
在低掺杂的P型衬底上扩散两块高掺杂的N型，再在表面铺一层SiO2，将两N型引出，两极分别为源极s（source）和漏极d（drain），同时在SiO2上铺一层金属铝并引出栅极g（gate）
MOSFET的作用过程如下：
将MOSFET按如图所示连接，暂先不考虑DS间电位差，当在GS间加一uGS电位差时，由于SiO2的存在，uGS所在的回路无电流，又栅极有铺上的铝金属，正极吸引自由电子（少子）聚集在两N型区域之间，少子与空穴结合出现二者之间的耗尽层称为反型层，电压进一步增大，自由电子进一步聚集，反型层下移，所形成的自由电子区即为N沟道，两N型及其中间区域充满自由电子，具有导电性质（参考金属的导电性），形成沟道，这里注意，源极s与衬底相连，这是为了保持源极与衬底的电位一致，以防出现PN结正偏
形成的这一沟道的宽度大小取决于电压uGS，当uGS大于开启电压UGS(th)时，沟道开始形成，沟道的宽度还决定了这一沟道的电阻，故这时我们得到了一个电压控制的可变电阻
阶段1：在uGS > UGS(th)，时，保持uGS不变，在DS间加一电压uDS，此时自由电子被正极相连的漏极d吸引，出现了如图（a）的场景，此时沟道各点电位由0渐渐增大到uDS，沟道各点宽度取决于各点相对于uGS的电位差，故出现左宽右窄的梯形，随着uDS的增大，iD增大，呈现伏安特性曲线，即可变电阻区
阶段2：uDS进一步加大，形成图（b）所示，梯形的右侧呈现极其窄的沟道，将断不断，称之为预夹断，这里不夹断是因为一旦断开，压降消失，沟道再次被打开，故会留一小缝隙，此时的uDS - uGS = UGS(th)
阶段3：uDS再增大，但此时电流不再增大，因为夹断区延长，uDS增大的部分几乎全部用于克服这种变化（理解为夹断区阻值变大，但凡增加一点电压都施加在了夹断区），从外界看电流iD不随uDS变化，处于恒流状态，此时的iD只与uGS相关，起放大作用
b/分类：MOSFET分类上有：N沟道增强型，N沟道耗尽型，P沟道增强型，P沟道耗尽型；
N沟道与P沟道：区别在衬底与渗透材料；
增强型与耗尽型：增强型之所以成为增强时由于在预夹断前为可变电阻区，在达到放大所需的恒流区前需要增大电压，故成为增强型，这也是为什么增强型的图示三端子分别断开，这表明增强型并非一开始就有沟道；耗尽型MOSFET在衬底上的SiO2中加入正离子，使得其中带有较强的正电，沟道不需要加入uGS即可出现，那么uGS为正时扩大沟道，为负时缩小沟道，其他特性类似于增强型，图示上三端子相连
2021/2/17 17:58
LynnSX in SZ
