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场效应管种类
场效应管

场(chang)效(xiao)应(ying)晶体(ti)(ti)管(guan)（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称(cheng)场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)。主要有两种类型（junction FET—JFET)和(he)金属(shu) - 氧(yang)化物(wu)半(ban)导体(ti)(ti)场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)（metal-oxide semiconductor FET，简称(cheng)MOS-FET）。由多(duo)数载流子参与(yu)导电，也称(cheng)为单极型晶体(ti)(ti)管(guan)。它属(shu)于(yu)电压控制(zhi)型半(ban)导体(ti)(ti)器件。具有输入电阻(zu)高（107～1015Ω）、噪声(sheng)小、功(gong)耗低、动态范围大、易于(yu)集成、没(mei)有二次击穿现象、安全工作区域宽等(deng)优点，现已成为双(shuang)极型晶体(ti)(ti)管(guan)和(he)功(gong)率(lv)晶体(ti)(ti)管(guan)的(de)强大竞争者(zhe)。

场效(xiao)应(ying)管（FET）是利用控(kong)制(zhi)(zhi)输入回(hui)路的电(dian)场效(xiao)应(ying)来控(kong)制(zhi)(zhi)输出回(hui)路电(dian)流的一种(zhong)半导(dao)体器(qi)件，并(bing)以此命名。由于它仅(jin)靠半导(dao)体中的多数(shu)载(zai)流子(zi)导(dao)电(dian)，又称单场极型晶(jing)体管。

场效应管种类

场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)(ying)(ying)管(guan)(guan)分为两种类别：结型场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)(ying)(ying)管(guan)(guan)（JFET）和(he)绝(jue)缘栅(zha)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)(ying)(ying)管(guan)(guan)（MOS管(guan)(guan)）。下文会着重(zhong)介绍场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)(ying)(ying)管(guan)(guan)种类的具体知识(shi)与区别。

结型场效应管（JFET）
结型场效应管结构与符号

结(jie)(jie)型场效(xiao)应管的(de)(de)结(jie)(jie)构如(ru)下图所示，在一(yi)块N型半(ban)导体(ti)材料的(de)(de)两(liang)边各(ge)扩(kuo)散一(yi)个高杂质浓(nong)度的(de)(de)P+区,就形成两(liang)个不(bu)对称(cheng)的(de)(de)P+N结(jie)(jie)，即耗尽层。把两(liang) 个P+区并联在一(yi)起，引出一(yi)个电(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)g，称(cheng)为栅极(ji)(ji)，在N型半(ban)导体(ti)的(de)(de)两(liang)端各(ge)引出一(yi)个电(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)，分别(bie)称(cheng)为源极(ji)(ji)s和(he)漏(lou)极(ji)(ji)d。它们(men)分别(bie)与三极(ji)(ji)管的(de)(de)基极(ji)(ji)b、发射极(ji)(ji)e和(he)集电(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)c相对应。夹在两(liang)个P+N结(jie)(jie)中间的(de)(de)N区是电(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)通道，称(cheng)为导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道（简称(cheng)沟(gou)道）。

这(zhei)种结构的管(guan)子(zi)称为N沟道和P沟道结型场(chang)效(xiao)应管(guan)，它(ta)在(zai)电路中用下(xia)图所示(shi)的符号表示(shi)，栅极(ji)上的箭头表示(shi)栅-源极(ji)间的P+N结正向(xiang)偏置时，栅极(ji)电流的方向(xiang)（由P区指(zhi)向(xiang)N区）。

N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理

N沟道(dao)和P沟道(dao)结(jie)(jie)型(xing)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)(guan)工(gong)作(zuo)原(yuan)(yuan)理(li)完全(quan)相同(tong)，现以N沟道(dao)结(jie)(jie)型(xing)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)(guan)为例(li)，分析其工(gong)作(zuo)原(yuan)(yuan)理(li)。N沟道(dao)结(jie)(jie)型(xing)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)(guan)工(gong)作(zuo)时(shi)，需要(yao)外加(jia)(jia)如图(tu)1所示的(de)(de)(de)偏置电(dian)(dian)(dian)(dian)压（鼠(shu)标单击图(tu)1中“结(jie)(jie)型(xing)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)(yuan)理(li)”)，即在栅(zha)-源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)间(jian)(jian)加(jia)(jia)一负电(dian)(dian)(dian)(dian)压(vGS＜0)，使栅(zha)-源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)间(jian)(jian)的(de)(de)(de)P+N结(jie)(jie)反偏，栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)iG≈0，场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)(guan)呈现很高(gao)的(de)(de)(de)输入电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(高(gao)达108W左右)。在漏(lou)-源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)间(jian)(jian)加(jia)(jia)一正电(dian)(dian)(dian)(dian)压 (vDS＞0)，使N沟道(dao)中的(de)(de)(de)多数(shu)载流(liu)子(zi)电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)在电(dian)(dian)(dian)(dian)场作(zuo)用下由源(yuan)(yuan)(yuan)极(ji)向漏(lou)极(ji)作(zuo)漂移运(yun)动，形(xing)成(cheng)漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)iD。iD的(de)(de)(de)大小主要(yao)受栅(zha)-源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压vGS控(kong)(kong)制，同(tong)时(shi)也受漏(lou) -源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压vDS的(de)(de)(de)影(ying)响。因此，讨论(lun)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)(yuan)理(li)就是讨论(lun)栅(zha)-源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压vGS对(dui)沟道(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)及(ji)漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)iD的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制作(zuo)用，以及(ji)漏(lou)-源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压vDS对(dui)漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)iD 的(de)(de)(de)影(ying)响。

（1）栅(zha)极电(dian)压(ya)VGS对(dui)iD的控制作用(yong)

为便于讨(tao)论，先(xian)假(jia)设漏(lou)-源极(ji)间(jian)所(suo)(suo)加的电(dian)压(ya)vDS=0。当(dang)栅-源电(dian)压(ya)vGS=0时(shi)(shi)，沟(gou)道(dao)较宽(kuan)，其电(dian)阻(zu)较小，如(ru)图1(a)所(suo)(suo)示。当(dang)vGS<0，且其大小增加时(shi)(shi)，在这(zhei)个反偏电(dian)压(ya)的作用(yong)下，两个P+N结耗(hao)尽(jin)层(ceng)将(jiang)加宽(kuan)。由于N区(qu)掺杂(za)浓度小于P+区(qu)，因(yin)此，随着(zhe)|vGS| 的增加，耗(hao)尽(jin)层(ceng)将(jiang)主要向(xiang)N沟(gou)道(dao)中扩(kuo)展，使沟(gou)道(dao)变窄，沟(gou)道(dao)电(dian)阻(zu)增大，如(ru)图1(b)所(suo)(suo)示。当(dang)|vGS|进一步增大到一定值|VP| 时(shi)(shi)，两侧的耗(hao)尽(jin)层(ceng)将(jiang)在沟(gou)道(dao)中央合拢，沟(gou)道(dao)全部被夹断，如(ru)图1(c)所(suo)(suo)示。

由于耗尽层(ceng)中没(mei)有载流子，因此这时漏(lou)(lou)-源(yuan)极(ji)间的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)将趋于无(wu)穷大(da)，即(ji)使加上(shang)一定(ding)的(de) 电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)vDS，漏(lou)(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流iD也将为零。这时的(de)栅(zha)-源(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)称为夹断(duan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，用VP表示。上(shang)述(shu)分析表明，改变栅(zha)源(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)vGS的(de)大(da)小，可以(yi)有效地控(kong)(kong)制沟(gou)(gou)道(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)的(de)大(da)小。若同时在(zai)漏(lou)(lou)源(yuan)-极(ji)间加上(shang)固定(ding)的(de)正向(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)vDS，则(ze)漏(lou)(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流iD将受(shou)vGS的(de)控(kong)(kong)制，|vGS|增大(da)时，沟(gou)(gou)道(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)增大(da)，iD减小。上(shang)述(shu)效应也可以(yi)看作(zuo)是(shi)栅(zha) -源(yuan)极(ji)间的(de)偏置电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)在(zai)沟(gou)(gou)道(dao)(dao)两边建(jian)立了电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)，电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)强度的(de)大(da)小控(kong)(kong)制了沟(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)宽(kuan)度，即(ji)控(kong)(kong)制了沟(gou)(gou)道(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)的(de)大(da)小，从而控(kong)(kong)制了漏(lou)(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流iD的(de)大(da)小。

（2）漏电电压VDS对(dui)iD的影响

设vGS值固定，且(qie)VP随着vDS的进一步增加(jia)，靠(kao)近漏极一端的P+N结上承受的反向电(dian)(dian)压增大，这(zhei)里的耗尽层(ceng)(ceng)相应变(bian)宽，沟道电(dian)(dian)阻相应增加(jia)，iD随vDS上升的速(su)度趋缓。当(dang)vDS增加(jia)到vDS=vGS-VP，即vGD=vGS -vDS=VP(夹(jia)断(duan)电(dian)(dian)压)时，漏极附近的耗尽层(ceng)(ceng)即在A点处合拢，如(ru)图2(b)所(suo)示，这(zhei)种状态(tai)称为预(yu)(yu)夹(jia)断(duan)。与前(qian)面讲过的整个沟道全被夹(jia)断(duan)不(bu)同，预(yu)(yu)夹(jia)断(duan)后(hou)，漏极电(dian)(dian)流iD≠0。

因(yin)为(wei)这(zhei)时(shi)(shi)沟(gou)道(dao)仍然存(cun)在，沟(gou)道(dao)内的电(dian)(dian)场仍能使(shi)(shi)多(duo)数载流子(电(dian)(dian)子)作(zuo)漂(piao)移(yi)运动，并被强电(dian)(dian)场拉向(xiang)(xiang)漏(lou)极(ji)(ji)。若vDS继续增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)，使(shi)(shi) vDS＞vGS－VP,即(ji)vGD＜VP时(shi)(shi)，耗尽层合拢部分会有(you)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)，即(ji)自A点向(xiang)(xiang)源极(ji)(ji)方向(xiang)(xiang)延伸，如图2(c)，夹断区的电(dian)(dian)阻越来越大(da)，但(dan)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流iD却基本 上趋(qu)于饱和，iD不(bu)随vDS的增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)而增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)。因(yin)为(wei)这(zhei)时(shi)(shi)夹断区电(dian)(dian)阻很大(da)，vDS的增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)量主要降落在夹断区电(dian)(dian)阻上，沟(gou)道(dao)电(dian)(dian)场强度增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)不(bu)多(duo)，因(yin)而iD基本不(bu)变。但(dan) 当vDS增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)到大(da)于某一(yi)极(ji)(ji)限值(用V(BR)DS表示)后，漏(lou)极(ji)(ji)一(yi)端P+N结(jie)上反向(xiang)(xiang)电(dian)(dian)压将使(shi)(shi)P+N结(jie)发生雪崩击(ji)穿(chuan)，iD会急剧(ju)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)，正常工(gong)作(zuo)时(shi)(shi)vDS不(bu)能超过V(BR)DS。

（3）从结(jie)型场效应管正常工作时(shi)的(de)原理可知：

① 结型(xing)场效应管栅极与沟道(dao)之间的P+N结是反向(xiang)偏置的，因此，栅极电流iG≈0，输入阻抗很高。

② 漏极(ji)电(dian)流受栅(zha)-源电(dian)压(ya)(ya)vGS控制，所以(yi)场效应管是电(dian)压(ya)(ya)控制电(dian)流器(qi)件。

③ 预夹(jia)断(duan)前，即vDS较小时，iD与(yu)vDS间基本(ben)呈线(xian)性(xing)(xing)关系；预夹(jia)断(duan)后，iD趋于饱(bao)和(he)。P沟道结型场效应管(guan)工作时，电源的(de)极性(xing)(xing)与(yu)N沟道结型场效应管(guan)的(de)电源极性(xing)(xing)相反。

绝缘栅场效应管（MOS管）

绝(jue)缘栅场(chang)效(xiao)应管绝(jue)缘栅场(chang)效(xiao)应管的种类较多，有PMOS、NMOS和VMOS功率管等，但目前应用(yong)最多的是MOS管。MOS绝(jue)缘栅场(chang)效(xiao)应管也即金属(shu)一氧化物(wu)一半导体场(chang)效(xiao)应管，通常用(yong)MOS表示(shi)，简称作MOS管。它具有比结(jie)型场(chang)效(xiao)应管更高(gao)的输入阻抗（可(ke)达1012Ω以(yi)上），并且制造工艺比较简单，使用(yong)灵活方便，非常有利(li)于(yu)高(gao)度集成化。

绝缘栅场效应管（MOS管）结构与符号

MOS场效(xiao)应三极(ji)管(guan)分(fen)为(wei)：增强型(xing)（又(you)有(you)N沟(gou)道(dao)、P沟(gou)道(dao)之(zhi)分(fen)）及耗尽(jin)型(xing)（分(fen)有(you)N沟(gou)道(dao)、P沟(gou)道(dao)）。N沟(gou)道(dao)增强型(xing)MOSFET的结构示(shi)意图(tu)和符号见图(tu)1。其中：电极(ji) D（Drain） 称为(wei)漏极(ji)，相当双极(ji)型(xing)三极(ji)管(guan)的集电极(ji)；

电(dian)极 G（Gate） 称为栅极，相当于(yu)的基极；

电(dian)极(ji) S（Source）称为源极(ji)，相当于发(fa)射(she)极(ji)。

MOS管N沟道增强型与耗尽型
增强型MOS管

所谓增(zeng)(zeng)强型是指：当(dang)VGS=0时(shi)(shi)管子(zi)是呈截(jie)止状(zhuang)态，加上(shang)正确的(de)(de)VGS后，多数(shu)载流子(zi)被吸(xi)引到(dao)栅(zha)极，从而“增(zeng)(zeng)强”了该(gai)区域(yu)的(de)(de)载流子(zi)，形(xing)成导(dao)电(dian)(dian)(dian)沟道。当(dang)栅(zha)极加有电(dian)(dian)(dian)压时(shi)(shi)，若0＜VGS＜VGS(th)时(shi)(shi)，通过栅(zha)极和衬底间形(xing)成的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)容电(dian)(dian)(dian)场作(zuo)用，将(jiang)靠近栅(zha)极下(xia)方的(de)(de)P型半导(dao)体中的(de)(de)多子(zi)空(kong)穴(xue)向下(xia)方排(pai)斥(chi)，出(chu)现了一薄层负离子(zi)的(de)(de)耗尽层；同时(shi)(shi)将(jiang)吸(xi)引其中的(de)(de)少子(zi)向表(biao)层运动，但数(shu)量有限，不足以(yi)形(xing)成导(dao)电(dian)(dian)(dian)沟道，将(jiang)漏(lou)极和源极沟通，所以(yi)仍然不足以(yi)形(xing)成漏(lou)极电(dian)(dian)(dian)流ID。

进一(yi)步增(zeng)加(jia)VGS，当VGS＞VGS(th)时(shi)（ VGS(th)称(cheng)为(wei)开启(qi)电(dian)压），由于此时(shi)的栅(zha)极(ji)(ji)(ji)电(dian)压已经比较(jiao)强，在(zai)靠(kao)近栅(zha)极(ji)(ji)(ji)下(xia)方(fang)的P型半(ban)(ban)导体(ti)表层中聚集(ji)较(jiao)多(duo)的电(dian)子，可(ke)(ke)以(yi)形(xing)成沟(gou)(gou)道，将漏(lou)极(ji)(ji)(ji)和源极(ji)(ji)(ji)沟(gou)(gou)通。如果此时(shi)加(jia)有(you)漏(lou)源电(dian)压，就可(ke)(ke)以(yi)形(xing)成漏(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)流(liu)ID。在(zai)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)下(xia)方(fang)形(xing)成的导电(dian)沟(gou)(gou)道中的电(dian)子，因与P型半(ban)(ban)导体(ti)的载(zai)流(liu)子空穴(xue)极(ji)(ji)(ji)性相反,故称(cheng)为(wei)反型层。随着(zhe)VGS的继续(xu)增(zeng)加(jia),ID将不(bu)断(duan)增(zeng)加(jia)。在(zai)VGS＝0V时(shi)ID＝0，只有(you)当VGS＞VGS(th)后才会出(chu)现(xian)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)流(liu)，所以(yi),这(zhei)种MOS管称(cheng)为(wei)增(zeng)强型MOS管。VGS对漏(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)流(liu)的控(kong)制(zhi)关系(xi)可(ke)(ke)用iD＝f(VGS(th))|VDS=const这(zhei)一(yi)曲(qu)线描述，称(cheng)为(wei)转(zhuan)移特性曲(qu)线，如下(xia)图

增强型场效应管工作原理

N沟道增强型场效应管

N沟(gou)道(dao)增强(qiang)型(xing)(xing)MOSFET基本上(shang)是(shi)(shi)一(yi)种左右对(dui)称的拓扑结构，它(ta)是(shi)(shi)在(zai)P型(xing)(xing)半导体上(shang)生成一(yi)层(ceng)SiO2 薄膜绝缘(yuan)(yuan)层(ceng)，然后用光刻(ke)工艺扩散两个高(gao)掺(chan)杂的N型(xing)(xing)区，从N型(xing)(xing)区引出电极(ji)（漏(lou)极(ji)D、源(yuan)极(ji)S）。在(zai)源(yuan)极(ji)和漏(lou)极(ji)之间的绝缘(yuan)(yuan)层(ceng)上(shang)镀(du)一(yi)层(ceng)金(jin)属(shu)铝作为(wei)栅(zha)极(ji)G。P型(xing)(xing)半导体称为(wei)衬(chen)底，用符号B表示。栅(zha)源(yuan)电压VGS的控(kong)制作用：当(dang)VGS=0 V时，漏(lou)源(yuan)之间相当(dang)两个背靠背的二极(ji)管(guan)，在(zai)D、S之间加上(shang)电压不会在(zai)D、S间形成电流。

N沟道(dao)增强型(xing)MOSFET的(de)(de)结(jie)构示意图，如下(xia)图所(suo)示。它(ta)是(shi)用一块掺(chan)杂(za)浓(nong)度较低的(de)(de)P型(xing)硅片(pian)作为(wei)衬底，利用扩散工艺在(zai)(zai)衬底上(shang)扩散两(liang)个高掺(chan)杂(za)浓(nong)度的(de)(de)N型(xing)区(qu)（用N+表(biao)(biao)示），并在(zai)(zai)此(ci)N型(xing)区(qu)上(shang)引出(chu)(chu)两(liang)个欧(ou)姆(mu)接触(chu)电(dian)极(ji)(ji)，分别(bie)称(cheng)为(wei)源(yuan)极(ji)(ji)（用S表(biao)(biao)示）和漏(lou)极(ji)(ji)（用D表(biao)(biao)示）。在(zai)(zai)源(yuan)区(qu)、漏(lou)区(qu)之(zhi)间的(de)(de)衬底表(biao)(biao)面覆盖一层(ceng)(ceng)二(er)氧化硅（SiO2）绝缘(yuan)(yuan)层(ceng)(ceng)，在(zai)(zai)此(ci)绝缘(yuan)(yuan)层(ceng)(ceng)上(shang)沉积出(chu)(chu)金属铝(lv)层(ceng)(ceng)并引出(chu)(chu)电(dian)极(ji)(ji)作为(wei)栅(zha)极(ji)(ji)（用G表(biao)(biao)示）。从衬底引出(chu)(chu)一个欧(ou)姆(mu)接触(chu)电(dian)极(ji)(ji)称(cheng)为(wei)衬底电(dian)极(ji)(ji)（用B表(biao)(biao)示）。由于栅(zha)极(ji)(ji)与(yu)其它(ta)电(dian)极(ji)(ji)之(zhi)间是(shi)相互绝缘(yuan)(yuan)的(de)(de)，所(suo)以称(cheng)它(ta)为(wei)绝缘(yuan)(yuan)栅(zha)型(xing)场效应(ying)管(guan)。

当(dang)栅极(ji)(ji)G和源极(ji)(ji)S之(zhi)间(jian)不(bu)加任何(he)电(dian)(dian)压，即UGS=0时,由于漏极(ji)(ji)和源极(ji)(ji)两(liang)个N+型区之(zhi)间(jian)隔有P型衬底，相(xiang)当(dang)于两(liang)个背靠背连(lian)接(jie)的(de)PN结，它们之(zhi)间(jian)的(de)电(dian)(dian)阻(zu)高达1012W的(de)数(shu)量级，也就(jiu)是说D、S之(zhi)间(jian)不(bu)具备导电(dian)(dian)的(de)沟道，所以无(wu)论漏、源极(ji)(ji)之(zhi)间(jian)加何(he)种极(ji)(ji)性(xing)的(de)电(dian)(dian)压，都(dou)不(bu)会(hui)产生漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)流ID。

当将衬(chen)底B与(yu)源极(ji)(ji)S短接(jie)，在栅极(ji)(ji)G和(he)源极(ji)(ji)S之间(jian)(jian)加正电(dian)压(ya)，即UGS﹥0时(shi)(shi),如(ru)下图（a）所(suo)示，则在栅极(ji)(ji)与(yu)衬(chen)底之间(jian)(jian)产生一(yi)(yi)个(ge)(ge)由栅极(ji)(ji)指向(xiang)(xiang)衬(chen)底的(de)(de)(de)(de)电(dian)场(chang)。在这个(ge)(ge)电(dian)场(chang)的(de)(de)(de)(de)作用下，P衬(chen)底表面附近的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴受到排斥(chi)将向(xiang)(xiang)下方运动，电(dian)子(zi)受电(dian)场(chang)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)引(yin)向(xiang)(xiang)衬(chen)底表面运动，与(yu)衬(chen)底表面的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴复(fu)合，形(xing)成(cheng)了一(yi)(yi)层(ceng)耗尽层(ceng)。如(ru)果进一(yi)(yi)步提(ti)高UGS电(dian)压(ya)，使(shi)(shi)UGS达到某一(yi)(yi)电(dian)压(ya)UT时(shi)(shi)，P衬(chen)底表面层(ceng)中空(kong)(kong)穴全部(bu)被(bei)排斥(chi)和(he)耗尽，而自由电(dian)子(zi)大(da)量(liang)地被(bei)吸(xi)引(yin)到表面层(ceng)，由量(liang)变到质变，使(shi)(shi)表面层(ceng)变成(cheng)了自由电(dian)子(zi)为(wei)多(duo)子(zi)的(de)(de)(de)(de)N型层(ceng)，称为(wei)“反型层(ceng)”，如(ru)下图（b）所(suo)示。反型层(ceng)将漏极(ji)(ji)D和(he)源极(ji)(ji)S两(liang)个(ge)(ge)N+型区(qu)相连(lian)通，构成(cheng)了漏、源极(ji)(ji)之间(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)N型导(dao)电(dian)沟道(dao)(dao)。把(ba)开始形(xing)成(cheng)导(dao)电(dian)沟道(dao)(dao)所(suo)需的(de)(de)(de)(de)UGS值称为(wei)阈值电(dian)压(ya)或开启电(dian)压(ya)，用UT表示。显(xian)然(ran)，只有UGS﹥UT时(shi)(shi)才有沟道(dao)(dao)，而且(qie)UGS越(yue)大(da)，沟道(dao)(dao)越(yue)厚，沟道(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)导(dao)通电(dian)阻越(yue)小(xiao)，导(dao)电(dian)能力越(yue)强。这就是为(wei)什么把(ba)它称为(wei)增强型的(de)(de)(de)(de)缘故。

在UGS﹥UT的(de)条件下(xia)，如果(guo)在漏(lou)极(ji)D和源(yuan)(yuan)极(ji)S之(zhi)间(jian)加上正电(dian)(dian)(dian)压(ya)UDS，导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)就会有(you)电(dian)(dian)(dian)流(liu)流(liu)通(tong)。漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)流(liu)由(you)漏(lou)区(qu)(qu)流(liu)向源(yuan)(yuan)区(qu)(qu)，因为沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)有(you)一定(ding)的(de)电(dian)(dian)(dian)阻，所以沿着沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)产生电(dian)(dian)(dian)压(ya)降，使(shi)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)各点的(de)电(dian)(dian)(dian)位沿沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)由(you)漏(lou)区(qu)(qu)到源(yuan)(yuan)区(qu)(qu)逐(zhu)渐(jian)减(jian)小(xiao)，靠近(jin)(jin)漏(lou)区(qu)(qu)一端(duan)的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)UGD最(zui)小(xiao)，其值为UGD=UGS－UDS,相应的(de)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)最(zui)薄；靠近(jin)(jin)源(yuan)(yuan)区(qu)(qu)一端(duan)的(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)最(zui)大，等于UGS,相应的(de)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)最(zui)厚(hou)(hou)。这(zhei)样就使(shi)得沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)厚(hou)(hou)度不再是(shi)均(jun)匀的(de)，整(zheng)个沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)呈倾斜(xie)状。随着UDS的(de)增大，靠近(jin)(jin)漏(lou)区(qu)(qu)一端(duan)的(de)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)(dao)越来越薄。

当(dang)UDS增大(da)到(dao)某一临界值，使(shi)UGD≤UT时，漏(lou)端的(de)(de)沟(gou)(gou)(gou)道消失，只剩下耗尽层，把这种(zhong)情况称为沟(gou)(gou)(gou)道“预夹(jia)(jia)(jia)断(duan)”，如下图(tu)（a）所(suo)示(shi)。继续增大(da)UDS(即UDS＞UGS－UT)，夹(jia)(jia)(jia)断(duan)点(dian)向(xiang)源极方向(xiang)移动，如下图(tu)（b）所(suo)示(shi)。尽管夹(jia)(jia)(jia)断(duan)点(dian)在移动，但沟(gou)(gou)(gou)道区(qu)(qu)(qu)（源极S到(dao)夹(jia)(jia)(jia)断(duan)点(dian)）的(de)(de)电(dian)压降保(bao)持不变，仍等于UGS－UT。因此,UDS多余部分电(dian)压[UDS－(UGS－UT)]全部降到(dao)夹(jia)(jia)(jia)断(duan)区(qu)(qu)(qu)上，在夹(jia)(jia)(jia)断(duan)区(qu)(qu)(qu)内形(xing)成较强(qiang)的(de)(de)电(dian)场。这时电(dian)子(zi)沿沟(gou)(gou)(gou)道从(cong)源极流向(xiang)夹(jia)(jia)(jia)断(duan)区(qu)(qu)(qu)，当(dang)电(dian)子(zi)到(dao)达(da)夹(jia)(jia)(jia)断(duan)区(qu)(qu)(qu)边(bian)缘时，受夹(jia)(jia)(jia)断(duan)区(qu)(qu)(qu)强(qiang)电(dian)场的(de)(de)作(zuo)用，会很快的(de)(de)漂移到(dao)漏(lou)极.(插图(tu)对电(dian)导的(de)(de)影响）。

MOS管P沟道增强型与耗尽型

P沟(gou)道(dao)增强型(xing)MOS管的(de)结构示意(yi)图，通过光刻、扩(kuo)散的(de)方(fang)法或其(qi)他手(shou)段，在N型(xing)衬底(di)（基(ji)片）上制作(zuo)出(chu)两(liang)个掺杂(za)的(de)P区，分别引出(chu)电极（源极S和漏极D），同时(shi)在漏极与(yu)源极之间的(de)SO绝缘层上制作(zuo)金属，称为栅极G。

在正常工作时(shi)，P沟(gou)道(dao)增强型MOS管(guan)的衬底(di)必须(xu)与(yu)源(yuan)(yuan)极相(xiang)连，而漏心极对(dui)源(yuan)(yuan)极的电压Vds应为负(fu)值，以(yi)保证两个(ge)P区与(yu)衬底(di)之间(jian)的PN结均为反偏。

P沟道耗尽型场效应管

耗尽型MOS场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)管，是(shi)在(zai)(zai)制(zhi)造过程中，预(yu)先在(zai)(zai)SiO2绝缘层中掺入大(da)量的(de)正离(li)子(zi)，因此，在(zai)(zai)UGS=0时(shi)(shi)，这些(xie)正离(li)子(zi)产生的(de)电(dian)场(chang)(chang)也(ye)能在(zai)(zai)P型衬底(di)中“感应(ying)”出(chu)足(zu)够的(de)电(dian)子(zi)，形(xing)成N型导电(dian)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)。当UDS>0时(shi)(shi)，将(jiang)产生较大(da)的(de)漏极电(dian)流ID。如果使(shi)UGS<0，则它将(jiang)削弱正离(li)子(zi)所形(xing)成的(de)电(dian)场(chang)(chang)，使(shi)N沟(gou)道(dao)(dao)(dao)变窄，从而使(shi)ID减(jian)小。当UGS更负，达到(dao)某一数(shu)值(zhi)时(shi)(shi)沟(gou)道(dao)(dao)(dao)消失，ID=0。使(shi)ID=0的(de)UGS我们(men)也(ye)称(cheng)为夹断(duan)电(dian)压，仍(reng)用UP表示。

耗尽型场效应管工作原理

（1）N沟道(dao)耗尽型场效应管(guan)

沟(gou)道耗尽型(xing)(xing)MOSFET的(de)(de)(de)(de)结(jie)构(gou)(gou)与(yu)增(zeng)强型(xing)(xing)MOSFET结(jie)构(gou)(gou)类(lei)似，只有一点(dian)不同，就(jiu)是(shi)N沟(gou)道耗尽型(xing)(xing)MOSFET在(zai)栅极(ji)电压uGS=0时(shi)，沟(gou)道已(yi)经存(cun)在(zai)。该N沟(gou)道是(shi)在(zai)制造过程中(zhong)应用(yong)离(li)子注入法(fa)预先在(zai)衬底(di)的(de)(de)(de)(de)表面，在(zai)D、S之间(jian)制造的(de)(de)(de)(de)，称之为初(chu)始沟(gou)道。N沟(gou)道耗尽型(xing)(xing)MOSFET的(de)(de)(de)(de)结(jie)构(gou)(gou)和符(fu)号(hao)如(ru)图1.（a）所示，它是(shi)在(zai)栅极(ji)下方的(de)(de)(de)(de)SiO2绝缘层中(zhong)掺(chan)入了(le)大量(liang)的(de)(de)(de)(de)金属正离(li)子。

所以当VGS＝0时，这(zhei)些正离子(zi)已经感应(ying)出反型层，形成了(le)沟道。于(yu)是，只要(yao)有漏(lou)源电(dian)压(ya)，就有漏(lou)极电(dian)流存(cun)在。当VGS＞0时，将使ID进(jin)一(yi)步增(zeng)加。VGS＜0时，随着VGS的(de)减(jian)小(xiao)漏(lou)极电(dian)流逐(zhu)渐减(jian)小(xiao)，直至ID＝0。对应(ying)ID＝0的(de)VGS称(cheng)为夹断电(dian)压(ya)，用符(fu)号VGS(off)表示(shi)，有时也用VP表示(shi)。

由(you)于耗尽型MOSFET在(zai)uGS=0时，漏源(yuan)之间的(de)沟(gou)道(dao)(dao)已(yi)经存在(zai)，所(suo)以只要加(jia)上uDS,就有(you)iD流通。如果增(zeng)加(jia)正(zheng)向(xiang)栅(zha)压uGS，栅(zha)极(ji)与衬底之间的(de)电(dian)场(chang)将使沟(gou)道(dao)(dao)中感应更多的(de)电(dian)子，沟(gou)道(dao)(dao)变厚，沟(gou)道(dao)(dao)的(de)电(dian)导增(zeng)大。

如(ru)果(guo)在栅(zha)极加负电(dian)压（即uGS＜0＝，就会在相对应的衬(chen)底(di)表面感应出正电(dian)荷，这些(xie)正电(dian)荷抵(di)消(xiao)N沟(gou)道中的电(dian)子，从而在衬(chen)底(di)表面产生一个耗(hao)尽(jin)层(ceng)，使沟(gou)道变窄，沟(gou)道电(dian)导减小。

当负栅压增大到某一电压Up时，耗(hao)尽(jin)区扩展到整(zheng)个沟(gou)道(dao)，沟(gou)道(dao)完(wan)全(quan)被夹断（耗(hao)尽(jin)），这时即使uDS仍存在，也不会(hui)产生漏极(ji)电流，即iD=0。UP称为夹断电压或阈值电压，其值通常在–1V–10V之间N沟(gou)道(dao)耗(hao)尽(jin)型(xing)MOSFET的结构图(tu)和转移特性曲线分别如图(tu)所示。

N沟道耗尽型MOSFET的转移特性(xing)曲线

（2）P沟道耗尽(jin)型场效应(ying)管

P沟道(dao)(dao)MOSFET的(de)工(gong)作(zuo)原理(li)与N沟道(dao)(dao)MOSFET完全相同，只(zhi)不(bu)过(guo)导电的(de)载(zai)流子(zi)不(bu)同，供电电压极性不(bu)同而已。这如同双极型三极管(guan)有NPN型和PNP型一样。

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