一文详解场效应晶体管

在半导体器件的讲解中，场效应晶体管应该说最值得拿来详细介绍一番的。

首先我们要知道，场效应晶体管是一种能够实现电压控制、功率放大、信号调制和隔离等功能的关键电子器件。它的主要结构由三个电极和一个半导体沟道（指连接源极和漏极的半导体区域）组成。

场效应晶体管的三个电极分别是 源极、栅极和漏极 ，它们的功能和双极型晶体管的发射极、基极和集电极类似。源极是输入信号的源头，漏极是输出信号的终点，栅极是控制信号的输入端。

名词解释：“栅极”“源极”“漏极”

栅极(gate electrode) —— gate是门的意思。中文翻译做栅，栅栏。electrode，电极。

源极(source)——source指资源，电源。中文翻译为源极。起发射作用的电极。

漏极(drain)——drain意味排出，泄漏。中文翻译为漏极。起集电作用的电极。

不同类型的场效应管有不同的结构细节，例如：

结型场效应管（JFET） ——是在N型或P型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型或P型沟道的结构。栅极和沟道之间有一个反向偏置的PN结，因此栅极电流很小。

金属氧化物半导体场效应管（MOSFET） ——是在N型或P型半导体硅片上覆盖一层金属氧化物（通常是二氧化硅）作为栅极绝缘层，然后在上面制造一个金属或多晶硅作为栅极。栅极和沟道之间有一层绝缘层，因此栅极电流几乎为零。

金属半导体场效应管（MESFET） ——是在高迁移率的半导体材料（如GaAs）上制造一个金属与半导体之间的肖特基势垒作为栅极。栅极和沟道之间有一个肖特基势垒，因此栅极电流很小。

名词解释：肖特基势垒（英语：Schottky barrier）是指具有整流特性的金属-半导体界面，就如同二极管具有整流特性。肖特基势垒（障壁）相较于PN接面最大的区别在于具有较低的接面电压，以及在金属端具有相当薄的（几乎不存在）耗尽层宽度。肖特基势垒命名自德国物理学家华特·萧特基（Walter Hermann Schottky）。

场效应晶体管的 特点是栅极和沟道之间没有直接接触 ，而是 通过电场来控制沟道的导通性， 因此也称为电场效应晶体管。

当N沟道型场效应晶体管的栅极接正偏置电压时，在沟道两侧形成两个p型区域，称为反型层。这时沟道中的多数载流子（电子）受到栅极电场的吸引，向反型层靠拢，形成一个导电沟道。栅极电压越高，导电沟道越宽，沟道电阻越小，从源极到漏极的电流越大。因此，栅极电压可以控制沟道电流的大小，从而实现电压控制电流的作用。这种场效应晶体管也称为增强型场效应晶体管。

相反，如果栅极接负偏置电压或零偏置电压，则沟道中没有反型层，无法形成导电沟道，从源极到漏极的电流为零。这种场效应晶体管也称为耗尽型场效应晶体管。

场效应晶体管可以用于放大、开关、逻辑运算等功能。

例如，在模拟电路中，场效应晶体管可以将输入信号的变化转换为输出信号的变化；在数字电路中，场效应晶体管可以作为开关控制逻辑状态的变化；在计算机领域中，场效应晶体管是构成集成电路和微处理器的基本单元。

场效应晶体管凭借比双极型晶体管更高的输入阻抗、更低的功耗、更小的尺寸和更高的集成度等优点，成为一种被广泛应用的半导体器件。它不仅可以用作音频放大器、射频放大器、运算放大器等信号处理电路中的关键部件，也可以用作液晶显示器、触摸屏、太阳能电池等光电器件中的驱动元件，还可以用作生物传感器、化学传感器、温度传感器等测量设备中的敏感元件，等等。

半导体器件是现代电子技术的基石，它们被广泛应用于与我们生活息息相关的各个领域，它们的存在对改善人类的生活质量和提高社会效率有着积极的意义。

本文向大家介绍了场效应晶体管的基本概念、结构、工作原理和功能特点，希望能大家对场效应晶体管能有一个初步的认识和了解。

作为科普力量的一部分，希望能够通过对半导体知识的普及和传播，让更多的人了解半导体的奥妙和魅力，增强对科学技术的信心和热情。只有当我们对半导体给予了足够的关注，半导体领域的创新和发展才能不断向前推进。

来源：半导体材料与设备

审核编辑：汤梓红