场效应晶体管的结构工作原理和输出特性

主要内容1. 场效应管的结构、符号与工作原理2. 场效应管的工作状态和特性曲线3. 场效应管的基本特性4. 场效应管的电路模型5-4场效应晶体管场效应晶体管概述场效应管，简称FET(Field Effect Transistor)，主要特点：(a)输入电阻高，可达107~1015 。

(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极型晶体管。

(c)体积小、重量轻、耗电省。

(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。

(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。

场效应管按结构可分为：结型场效应管（JFET ）和绝缘栅型场效应管(MOSFET )；按工作原理可分为增强型和耗尽型。

场效应管的类型N 沟道P 沟道增强型耗尽型N 沟道P 沟道N 沟道P 沟道（耗尽型）FET场效应管JFET 结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管的电路符号MOSFET 符号增强型耗尽型GS D SG D P 沟道G S DN 沟道GS D U GS =0时，没有漏极电流，U GS =0时，有漏极电流，U GS 高电平导通U GS 低电平导通需要加负的夹断电压U GS(off)才能关闭，高于夹断电压U GS(off)则导通而只在U GS >0时，能导通，低于开启电压U GS(th)截止5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理1.场效应管基本结构图5-2-22沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系：栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。

=0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。

22例5-10在Multisim 中用IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图5-4-3所示，改变V GS ，观察电压V DS 与i D 之间的关系。

功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。

由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。

但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。

一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。

在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。

电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。

小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。

电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。

按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。

电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。

N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。

电气符号，如图1(b)所示。

电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。

当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。

如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。

UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。

二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。

1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。

特性曲线，如图2(b)所示。

垂直传输场效应晶体管垂直传输场效应晶体管（Vertical Transport Field-Effect Transistor，VT-FET）是一种新型的晶体管结构，其工作原理是利用电场作用在垂直方向上传输电子，具有高速、高密度、低功耗等优异特性，是未来半导体器件领域的重要发展方向之一。

一、VT-FET的基本结构VT-FET主要由三个部分组成：源区、漏区和栅极。

源区和漏区在一侧或两侧，由高掺杂的P或N型半导体材料构成。

栅极从上方垂直地贴在源区和漏区之间，由金属或半导体材料制成。

栅极下方垂直穿过源区和漏区，形成了垂直电场通道。

二、VT-FET的工作原理在工作过程中，当给栅极施加正电压时，栅极下方形成了N型区域，形成了势垒。

当施加反向电压时，栅极下方是P型区域，形成空穴势垒。

栅极下方的空穴和电子会在势垒的作用下汇聚，形成垂直电场通道。

当源极给电压VDS时，空间中的电荷被拉入源极和漏极之间，如此大的电压差驱动通道内部的电子，在通道中形成了电流。

电流从源电极流向漏电极，因空间受限而形成垂直的电流。

三、VT-FET的优势1.高速：由于VT-FET的电子传输是在垂直方向上实现的，电子速度快，通道内部不会出现盲道等不良作用，因此具有很高的频率响应。

2.高密度：由于通道宽度较窄，可以将大量的器件装配在同一个芯片上，实现高度的集成。

3.低功耗：VT-FET在设计时可以采用较低的电压和电流，从而实现低功耗的运行。

总之，VT-FET是一种新型的晶体管结构，其具有高速、高密度、低功耗等优秀特性，将在未来的半导体器件领域中扮演重要的角色。

功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。

由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。

但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。

一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。

在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。

电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。

小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。

电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。

按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。

电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。

N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。

电气符号，如图1(b)所示。

电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。

当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。

如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。

UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。

二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。

1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。

特性曲线，如图2(b)所示。

mosfet管工作原理MOSFET管是一种常用的晶体管，其工作原理基于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的特性。

MOSFET管以其高速度、低功耗和可靠性等优点，在现代电子器件中得到广泛应用。

本文将从MOSFET 管的结构、工作原理和特性等方面进行详细介绍。

一、MOSFET管的结构MOSFET管的结构主要由源极、漏极、栅极和绝缘层组成。

其中，源极和漏极是两个注入材料的区域，栅极则是一层金属或者多晶硅的薄膜。

绝缘层主要是由氧化硅构成，起到隔离栅极和半导体材料的作用。

二、MOSFET管的工作原理MOSFET管的工作原理基于栅极电压的变化来控制漏极和源极之间的电流。

当栅极电压为零时，绝缘层会阻止电流的流动，此时MOSFET 处于截止状态。

当栅极电压增加，绝缘层会形成一个电场，使得漏极和源极之间形成一个导电通道，电流开始流动，MOSFET处于放大状态。

当栅极电压继续增加，电流也会增加，MOSFET处于饱和状态。

通过调节栅极电压，可以精确地控制MOSFET的导通和截止，从而实现对电流的精确控制。

三、MOSFET管的特性1. 高输入阻抗：MOSFET管的绝缘层能有效地隔离栅极和半导体材料，使得栅极输入电阻非常高，从而减小了对输入信号的负载效应。

2. 低输出阻抗：MOSFET管的漏极和源极之间形成的导电通道具有低阻抗特性，能够输出较大的电流。

3. 高速度：由于MOSFET管的结构简单，电流的流动速度快，因此其响应速度较快。

4. 低功耗：MOSFET管在截止状态时，几乎没有功耗，只有在放大状态时才会有一定的功耗。

5. 可靠性高：MOSFET管的结构简单，且由于绝缘层的存在，能够有效地防止电路短路和漏电现象，提高了器件的可靠性。

四、MOSFET管的应用由于MOSFET管具有高速度、低功耗和可靠性高等特点，因此在现代电子器件中得到了广泛应用。

例如，在数字集成电路中，MOSFET管常用于构建逻辑门电路和存储器单元；在模拟集成电路中，MOSFET 管则用于构建放大器和开关电路等。

MOS晶体管也称为场效应晶体管（FET），它是集成电路中的绝缘FET。

MOS的全名是金属氧化物半导体。

具体地，该名称描述了集成电路中的MOS晶体管的结构，即，将二氧化硅和金属添加到某个半导体器件中以形成栅极。

可以切换MOS晶体管的源极和漏极，这两个都是在p型背栅中形成的n型区域。

1. MOS晶体管的工作原理MOS晶体管也称为场效应晶体管（FET），它是集成电路中的绝缘FET。

MOS的全名是金属氧化物半导体。

具体地，该名称描述了集成电路中的MOS晶体管的结构，即，将二氧化硅和金属添加到某个半导体器件中以形成栅极。

可以切换MOS晶体管的源极和漏极，这两个都是在p型背栅中形成的n型区域。

在大多数情况下，两个区域是相同的。

即使两端进行了切换，设备的性能也不会受到影响。

MOS晶体管2. MOS晶体管的工作原理-MOS晶体管的结构特性MOS晶体管的内部结构如下图所示；导通时，只有一个极性载流子（多载流子）参与导通，这是一个单极晶体管。

传导机制与低功率MOSFET的传导机制相同，但结构差异很大。

低功率MOSFET是横向导电器件。

大多数功率MOSFET采用垂直导电结构，也称为VMOSFET，可大大提高MOSFET的耐压和电流电阻。

它的主要特点是在金属栅与通道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻。

当管打开时，在两个高浓度n扩散区域中形成n型导电通道。

n沟道增强型MOS晶体管必须在栅极上施加正向偏置电压，只有当栅极源极电压大于阈值电压时，才能通过导通沟道来生成n沟道MOS晶体管。

N沟道耗尽型MOSFET是指具有导通沟道而无栅极电压（栅极源极电压为零）的n沟道MOS晶体管。

3. MOS晶体管的工作原理-MOS晶体管的特性3.1mos晶体管的输入输出特性对于具有公共源极连接的电路，源极和基板通过二氧化硅绝缘层隔离，因此栅极电流为0。

当VGSMOS晶体管的特性关于3.2mos晶体管的特性作为开关元件，MOS晶体管还处于截止或导通两种状态。

功率场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性及主要参数功率场效应晶体管（Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）。

其特点是：属于电压型全控器件、栅极静态内阻极高（109Ω）、驱动功率很小、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等；但MOSFET的电流容量小、耐压低、功率不易做得过大，常用于中、小功率开关电路中。

MOSFET的结构和工作原理1.MOSFET的结构MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。

小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在芯片的同一侧。

而MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极与小功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。

MOSFET的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电沟道的称为增强型。

MOSFET的电气符号如图1所示，图1（a）表示N沟道MOSFET，电子流出源极；图1（b）表示P沟道MOSFET，空穴流出源极。

从结构上看，MOSFET还含有一个由S极下的P区和D极下的N区形成的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是MOSFET的S极和D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使MOSFET无反向阻断能力。

图1中所示的虚线部分为寄生二极管。

图1 MOSFET的电气符号2.MOSFET的工作原理（1）当栅源电压uGS=0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，不可能出现反型层，无法沟通漏源极。

此时，即使在漏源极之间施加电压，MOS管也不会导通。

MOSFET结构示意图如图2（a）所示。

图2 MOSFET结构示意图（2）当栅源电压uGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源极，此时MOS管仍保持关断状态，如图2（b）所示。

场效应晶体管的结构工作原理和输出特性场效应晶体管（Field Effect Transistor，缩写为FET）是一种用于放大和开关电路的电子元件。

它具有高输入阻抗、低输出阻抗和较高的增益，使其在电子设备和通信系统中得以广泛应用。

本文将详细介绍场效应晶体管的结构、工作原理和输出特性。

一、场效应晶体管的结构1. MOSFET：MOSFET是栅极金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的简称。

它由一个由绝缘层隔开的金属栅极、半导体材料（通常为硅）和源/漏极组成。

栅极与绝缘层之间的绝缘层可以是氧化硅（SiO2）或氮化硅（Si3N4）。

MOSFET根据绝缘层材料和极性的不同，可分为N沟道（NMOS）和P沟道（PMOS）两种类型。

2. JFET：JFET是结型场效应晶体管（Junction Field-Effect Transistor）的简称。

它由一个P型或N型半导体形成的结和源/漏极组成。

P型JFET的源极和漏极为P型半导体，N型JFET的源极和漏极则为N型半导体。

JFET有两种常见的结构类型：沟道型和增强型，分别以n-沟道和p-沟道为特征。

二、场效应晶体管的工作原理1.MOSFET工作原理：(1) NMOS：当栅极电压为正，使NMOS栅极与源极之间的管道有效导通，称为“开通”（On）状态。

栅极电势改变PN结的反向电场，使电子进入N沟道并导致漏极电流增加。

当栅极电压为零或负值时，NMOS处于截止（Off）状态，电子无法流动，漏极电流接近于零。

(2)PMOS：当栅极电压为负值，使PMOS栅极与源极之间的管道导通，称为“开通”状态。

栅极电势改变PN结的反向电场，使空穴进入P沟道并导致漏极电流增加。

当栅极电压为零或正值时，PMOS处于截止状态，空穴无法流动，漏极电流接近于零。

2.JFET工作原理：(1)沟道型JFET：沟道型JFET的栅极电势改变了PN结的反向电场，调节了P沟道中的电子浓度。

场效应晶体管的p型和n型结构P型和N型场效应晶体管的结构和工作原理场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种利用电场效应来控制沟道电阻和电流的半导体器件，属于电压控制型器件，具有输入电阻高、噪声低、功耗低、动态范围大、易于集成等优点。

场效应晶体管根据沟道的载流子类型和栅极的结构，可以分为P型和N型两种，本文将介绍它们的结构和工作原理，主要包括以下几个方面：- P型和N型场效应晶体管的结构特点；- P型和N型场效应晶体管的工作模式和状态；- P型和N型场效应晶体管的输出特性和转移特性；- P型和N型场效应晶体管的应用领域和优缺点。

一、P型和N型场效应晶体管的结构特点P型和N型场效应晶体管的结构特点主要取决于它们的沟道和栅极的材料和形式。

沟道是连接源极和漏极的半导体区域，栅极是控制沟道电阻和电流的电极，通常与沟道之间有一层绝缘层隔开。

根据沟道的载流子类型，可以将场效应晶体管分为P型和N型两种，如图1所示。

P型场效应晶体管的沟道是P型半导体，载流子是空穴，源极和漏极是N型半导体，形成两个PN结。

栅极可以是金属或多晶硅，与沟道之间有一层氧化硅绝缘层。

当栅极加正电压时，沟道中的空穴被排斥，沟道变窄，电流减小；当栅极加负电压时，沟道中的空穴被吸引，沟道变宽，电流增大。

因此，P型场效应晶体管是正向控制的。

N型场效应晶体管的沟道是N型半导体，载流子是电子，源极和漏极是P型半导体，形成两个PN结。

栅极可以是金属或多晶硅，与沟道之间有一层氧化硅绝缘层。

当栅极加正电压时，沟道中的电子被吸引，沟道变宽，电流增大；当栅极加负电压时，沟道中的电子被排斥，沟道变窄，电流减小。

因此，N型场效应晶体管是反向控制的。

二、P型和N型场效应晶体管的工作模式和状态P型和N型场效应晶体管的工作模式和状态主要取决于它们的栅极电压和漏极电压的大小和方向。

根据栅极电压是否达到开启沟道的阈值电压，可以将场效应晶体管分为增强型和耗尽型两种，如图2所示。

金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,
板级电路应用上，都十分广泛。

一、MOS管的工作原理
以增强型MOS管为例，我们先简单来看下MOS管的工作原理。

由上图结构我们可以看到MOS管类似三极管，也是背靠背的两个PN结！三极管的原理是在偏置的情况下注入电流到很薄的基区通过电子-空穴复合来控制CE 之间的导通，MOS管则利用电场来在栅极形成载流子沟道来沟通DS之间。

如上图，在开启电压不足时，N区和衬底P之间因为载流子的自然复合会形成一个中性的耗尽区。

给栅极提供正向电压后，P区的少子(电子)会在电场的作用下聚集到栅极氧化硅下，最后会形成一个以电子为多子的区域，叫反型层，称为反型因为是在P型衬底区形成了一个N型沟道区。

这样DS之间就导通了。

二、MOS管的特性
1、由于MOSFET是电压驱动器件(G极加电压控制电流)，因此无直流电流流入栅极。

2、要开通MOSFET，必须对栅极施加高于额定栅极阈值电压Vth的电压。

3、处于稳态开启或关断状态时，MOSFET栅极驱动基本无功耗(但是请注意交叉点附近，就是电压下降与电流上升导致的功耗)。

4、通过驱动器输出看到的MOSFET栅源电容根据其内部状态而有所不同。

5、MOSFET通常被用作频率范围从几kHz到几百kHz的开关器件。

这点尤其需要注意。

三、结语
希望本文对大家能够有所帮助。

MOSFET结构及其工作原理1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。

功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS 型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。

结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。

其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR， 但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。

2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。

导电机理与小功率mos管相同，但 结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET 大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。

按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。