一文詳解場效應晶體管

在半導體器件的講解中，場效應晶體管應該說最值得拿來詳細介紹一番的。

首先我們要知道，場效應晶體管是一種能夠實現電壓控制、功率放大、信號調制和隔離等功能的關鍵電子器件。它的主要結構由三個電極和一個半導體溝道（指連接源極和漏極的半導體區(qū)域）組成。

場效應晶體管的三個電極分別是?源極、柵極和漏極?，它們的功能和雙極型晶體管的發(fā)射極、基極和集電極類似。源極是輸入信號的源頭，漏極是輸出信號的終點，柵極是控制信號的輸入端。

名詞解釋：“柵極”“源極”“漏極”

柵極(gate electrode) —— gate是門的意思。中文翻譯做柵，柵欄。electrode，電極。

源極(source)——source指資源，電源。中文翻譯為源極。起發(fā)射作用的電極。

漏極(drain)——drain意味排出，泄漏。中文翻譯為漏極。起集電作用的電極。

不同類型的場效應管有不同的結構細節(jié)，例如：

結型場效應管（JFET）?——是在N型或P型半導體硅片的兩側各制造一個PN結，形成兩個PN結夾著一個N型或P型溝道的結構。柵極和溝道之間有一個反向偏置的PN結，因此柵極電流很小。

金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）?——是在N型或P型半導體硅片上覆蓋一層金屬氧化物（通常是二氧化硅）作為柵極絕緣層，然后在上面制造一個金屬或多晶硅作為柵極。柵極和溝道之間有一層絕緣層，因此柵極電流幾乎為零。

金屬半導體場效應管（MESFET）?——是在高遷移率的半導體材料（如GaAs）上制造一個金屬與半導體之間的肖特基勢壘作為柵極。柵極和溝道之間有一個肖特基勢壘，因此柵極電流很小。

名詞解釋：肖特基勢壘（英語：Schottky barrier）是指具有整流特性的金屬-半導體界面，就如同二極管具有整流特性。肖特基勢壘（障壁）相較于PN接面最大的區(qū)別在于具有較低的接面電壓，以及在金屬端具有相當薄的（幾乎不存在）耗盡層寬度。肖特基勢壘命名自德國物理學家華特·蕭特基（Walter Hermann Schottky）。

場效應晶體管的?特點是柵極和溝道之間沒有直接接觸?，而是?通過電場來控制溝道的導通性，?因此也稱為電場效應晶體管。

當N溝道型場效應晶體管的柵極接正偏置電壓時，在溝道兩側形成兩個p型區(qū)域，稱為反型層。這時溝道中的多數載流子（電子）受到柵極電場的吸引，向反型層靠攏，形成一個導電溝道。柵極電壓越高，導電溝道越寬，溝道電阻越小，從源極到漏極的電流越大。因此，柵極電壓可以控制溝道電流的大小，從而實現電壓控制電流的作用。這種場效應晶體管也稱為增強型場效應晶體管。

相反，如果柵極接負偏置電壓或零偏置電壓，則溝道中沒有反型層，無法形成導電溝道，從源極到漏極的電流為零。這種場效應晶體管也稱為耗盡型場效應晶體管。

場效應晶體管可以用于放大、開關、邏輯運算等功能。

例如，在模擬電路中，場效應晶體管可以將輸入信號的變化轉換為輸出信號的變化；在數字電路中，場效應晶體管可以作為開關控制邏輯狀態(tài)的變化；在計算機領域中，場效應晶體管是構成集成電路和微處理器的基本單元。

場效應晶體管憑借比雙極型晶體管更高的輸入阻抗、更低的功耗、更小的尺寸和更高的集成度等優(yōu)點，成為一種被廣泛應用的半導體器件。它不僅可以用作音頻放大器、射頻放大器、運算放大器等信號處理電路中的關鍵部件，也可以用作液晶顯示器、觸摸屏、太陽能電池等光電器件中的驅動元件，還可以用作生物傳感器、化學傳感器、溫度傳感器等測量設備中的敏感元件，等等。

半導體器件是現代電子技術的基石，它們被廣泛應用于與我們生活息息相關的各個領域，它們的存在對改善人類的生活質量和提高社會效率有著積極的意義。

本文向大家介紹了場效應晶體管的基本概念、結構、工作原理和功能特點，希望能大家對場效應晶體管能有一個初步的認識和了解。

作為科普力量的一部分，希望能夠通過對半導體知識的普及和傳播，讓更多的人了解半導體的奧妙和魅力，增強對科學技術的信心和熱情。只有當我們對半導體給予了足夠的關注，半導體領域的創(chuàng)新和發(fā)展才能不斷向前推進。

來源：半導體材料與設備

審核編輯：湯梓紅