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场效应半导体电极

/field-effect transistor semiconductor electrode/
条目作者张学记

张学记

最后更新 2023-06-01
浏览 138
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利用输入电场来控制一种载流子通道形状,进而控制输出电流的半导体电极。又称场效应管电极。

英文名称
field-effect transistor semiconductor electrode
又称
场效应管电极
所属学科
化学

根据结构不同,主要分为结型场效应管电极(JFET)和绝缘栅场效应管电极(JGFET),而每一类又有N沟道和P沟道之分。1926年J.E.利林费尔德[注]和1934年O.海尔[注]分别以专利的形式提出场效应晶体管的概念,但直到1947年贝尔实验室W.B.肖克莱首次从实验上真正观察和解释场效应现象后,结构型场效应半导体电极才开始走向实际应用;绝缘栅场效应电极是姜大元[注]M.阿塔拉[注]于1959年首次发明。所有的场效应管(FET)都有源极、漏极和栅极3个端,大多数的场效应管电极有第四端,被称为体、基、块体或衬底。载流子通过源极进入通道,从源极进入通道的电流用IS表示;载流子从漏极离开通道,从漏极通过的电流用ID表示;漏极与源极之间的电压用VDS表示;通过在栅极施加电压,控制电流ID,进而控制通道的电导率;简单地说体就是指栅,源和漏所在的半导体的块体。结型场效应管电极(JFET)因有两个PN结而得名(图a、b),绝缘栅场效应管电极则因栅极与其他电极完全绝缘而得名。在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)(图c、d)。若按导电方式来划分,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。JFET利用PN结电压效应来控制耗尽层的宽度,从而改变导电沟道的宽度来控制ID。金属-氧化物-半导体场效应管则是利用半导体表面的电场效应,由感应电荷的多少改变导电沟道来控制电流ID

两种场效应管示意图N型(a)和P型(b)结型场效应管电极;P型(c)和N型(d)金属-氧化物-半导体两种场效应管示意图

相对于晶体管,场效应管具有输入阻抗高、噪声低、功耗低、热稳定性高、抗辐射能力强等优点。因此,场效应管的常见用途是作为放大器,可以用于在噪声敏感的电子产品中如调谐器和低噪声放大器,而它高的输入电阻和低输出电阻,可以在公共-漏极结构中作为有效的缓冲区。最通用的场效应管是金属-氧化物-半导体场效应管,互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术是现代数字集成电路的基础。这个过程使用的技术安排(通常是“增强型”)P沟道和N沟道金属-氧化物-半导体场效应管串联连接,一个表示开,另一个表示关;随着纳米技术及微加工等技术的发展,新型的场效应半导体电极在生物分析、环境监测等领域也受到关注。

  • 胡文平.有机场效应晶体管.北京:科学出版社,2011.

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