凡亿专栏 | ​场效应晶体管的分类及特点详解(附结构图)
​场效应晶体管的分类及特点详解(附结构图)

场效应管在放大电路和开关电路中应用广泛,再加上场效应晶体管中的绝缘栅型属于平面工艺制作,所以在集成电路设计中应用到的晶体管基本上是场效应晶体管。所以本文将分享场效应晶体管的分类及特点。

场效应晶体管分为结型场效应晶体管和绝缘栅型长效亿晶体管,卷圆栅型场效应晶体管最常见的是以SiO作为绝缘层,所以也叫作金属-氧化物-半导体场效应晶体管,简称MOS管,同时按照电流通道的不同,分为N沟道和P沟道。由于形成沟道的机制不一样而分为增强型MOS管和耗尽型MOS管。

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1、绝缘栅型场效应晶体管的结构

绝缘栅(IG)型场效应晶体管的结构,如图所示,该结构有三个脚:源(Source)、漏(Drain)、栅(Gate)。该结构为增强型N沟道场效应i MOS 晶体管,其中沟道长度为L(一般单位为um),宽度为W(单位也为um)。该结构是在一块掺杂浓度较低的Р型硅片上,利用扩散方法制成二个高掺杂浓度的N型半导体区,在二个N区引出二个电极,分别为源极(S极)和漏极(D极)。在漏源之间的衬底表面覆盖一层二氧化硅(Si0)作为绝缘层,并在绝缘层上沉积上一层金属层,再在金属层上引出电极作为栅极(G极),由于Si0。绝缘,所以栅极和源漏之间相互绝缘,是靠电场作用。衬底有一个电极(B,Base )。

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①增强型

增强型(Enhancement-type) MOS场效应晶体管的结构如图所示,这里表示的是增强型N沟道MOS场效应晶体管的结构示意图,在漏极(D)和源极(S)之间,没有N沟道连接。它是依靠在栅极(G)加上正电位,由于上层的金属与半导体之间相隔绝缘的氧化物(Si0z),所以在Si02下面产生电场,P型材料里的少子(电子)在电场的作用下被吸引到P型材料与氧化层的接面上,由于这个接面聚集大量电子形成反型层(N型),所以在二个N*区之间就形成一个N型的长长沟道,把二个N'区连接起来,所以当栅极不加电位时,漏极和源极之间即使加上电压差,漏、源之间也没有电流,通过控制栅极电位,控制沟道宽度,从而控制漏极和源极之间的电流。强型Р沟道的MOS场效应管的原理也一样。

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②耗尽型

耗尽型(Depletion-type)MOS场效应晶体管的结构如图所示,这里表示的是耗尽型N沟道MOS场效应晶体管的结构示意图,从图可以看出,它是在二氧化硅的氧化层下面预先扩散一层N型材料,这样在漏极(D)和源极(S)的二个N区域之间有一个N型的沟道,所以与增强型MOS场效应晶体管不同,在栅极没有外加电压时,漏极和源极之间只要加上电压,漏极和源极之间就会有电流流过,当然同样可以通过控制栅极电压,控制沟道的宽度。

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2、结型场效应管的结构

以N沟道为例,N沟道的结型场效应管的结构如图所示,它是在N型半导体材料的两侧扩散进重掺杂的P*区,把两个P*区连接在一起并接上电极,作为栅极(G),在半导体材料的上下两端引出电极分别为漏极(D)和源极(S),在P*区和N区之间形成两个PN结,在两PN结的中间是电子流通的通道,称为导电沟道。因为电子流通的通道为N沟道,所以N沟道结型场效应管。


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