当前位置: 绝缘栅 >> 绝缘栅市场 >> 觉得MOS管结构复杂一文带你搞懂场效应晶
在半导体器件的讲解中,场效应晶体管应该说最值得拿来详细介绍一番的。
首先我们要知道,场效应晶体管是一种能够实现电压控制、功率放大、信号调制和隔离等功能的关键电子器件。它的主要结构由三个电极和一个半导体沟道(指连接源极和漏极的半导体区域)组成。
场效应晶体管的三个电极分别是源极、栅极和漏极,它们的功能和双极型晶体管的发射极、基极和集电极类似。源极是输入信号的源头,漏极是输出信号的终点,栅极是控制信号的输入端。
名词解释:“栅极”“源极”“漏极”
栅极(gateelectrode)——gate是门的意思。中文翻译做栅,栅栏。electrode,电极。
源极(source)——source指资源,电源。中文翻译为源极。起发射作用的电极。
漏极(drain)——drain意味排出,泄漏。中文翻译为漏极。起集电作用的电极。
不同类型的场效应管有不同的结构细节,例如:
结型场效应管(JFET)——是在N型或P型半导体硅片的两侧各制造一个PN结,形成两个PN结夹着一个N型或P型沟道的结构。栅极和沟道之间有一个反向偏置的PN结,因此栅极电流很小。
金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)——是在N型或P型半导体硅片上覆盖一层金属氧化物(通常是二氧化硅)作为栅极绝缘层,然后在上面制造一个金属或多晶硅作为栅极。栅极和沟道之间有一层绝缘层,因此栅极电流几乎为零。
金属半导体场效应管(MESFET)——是在高迁移率的半导体材料(如GaAs)上制造一个金属与半导体之间的肖特基势垒作为栅极。栅极和沟道之间有一个肖特基势垒,因此栅极电流很小。
名词解释:肖特基势垒(英语:Schottkybarrier)是指具有整流特性的金属-半导体界面,就如同二极管具有整流特性。肖特基势垒(障壁)相较于PN接面最大的区别在于具有较低的接面电压,以及在金属端具有相当薄的(几乎不存在)耗尽层宽度。肖特基势垒命名自德国物理学家华特·萧特基(WalterHermannSchottky)。
场效应晶体管的特点是栅极和沟道之间没有直接接触,而是通过电场来控制沟道的导通性,因此也称为电场效应晶体管。
当N沟道型场效应晶体管的栅极接正偏置电压时,在沟道两侧形成两个p型区域,称为反型层。这时沟道中的多数载流子(电子)受到栅极电场的吸引,向反型层靠拢,形成一个导电沟道。栅极电压越高,导电沟道越宽,沟道电阻越小,从源极到漏极的电流越大。因此,栅极电压可以控制沟道电流的大小,从而实现电压控制电流的作用。这种场效应晶体管也称为增强型场效应晶体管。
相反,如果栅极接负偏置电压或零偏置电压,则沟道中没有反型层,无法形成导电沟道,从源极到漏极的电流为零。这种场效应晶体管也称为耗尽型场效应晶体管。
场效应晶体管可以用于放大、开关、逻辑运算等功能。
例如,在模拟电路中,场效应晶体管可以将输入信号的变化转换为输出信号的变化;在数字电路中,场效应晶体管可以作为开关控制逻辑状态的变化;在计算机领域中,场效应晶体管是构成集成电路和微处理器的基本单元。
场效应晶体管凭借比双极型晶体管更高的输入阻抗、更低的功耗、更小的尺寸和更高的集成度等优点,成为一种被广泛应用的半导体器件。它不仅可以用作音频放大器、射频放大器、运算放大器等信号处理电路中的关键部件,也可以用作液晶显示器、触摸屏、太阳能电池等光电器件中的驱动元件,还可以用作生物传感器、化学传感器、温度传感器等测量设备中的敏感元件,等等。
半导体器件是现代电子技术的基石,它们被广泛应用于与我们生活息息相关的各个领域,它们的存在对改善人类的生活质量和提高社会效率有着积极的意义。
本文向大家介绍了场效应晶体管的基本概念、结构、工作原理和功能特点,希望能大家对场效应晶体管能有一个初步的认识和了解。
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