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什么是場(chǎng)效應(yīng)管的溝道,n溝道與p溝道的區(qū)別介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-05-04 17:45:56
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什么是場(chǎng)效應(yīng)管的溝道,n溝道與p溝道的區(qū)別介紹
場(chǎng)效應(yīng)管是一種半導(dǎo)體器件,用于電子設(shè)備中的放大、開關(guān)和調(diào)制等功能。根據(jù)其導(dǎo)電類型的不同,場(chǎng)效應(yīng)管可以分為兩種基本類型:N型場(chǎng)效應(yīng)管和P型場(chǎng)效應(yīng)管。
溝道(Channel)
溝道是指場(chǎng)效應(yīng)晶體管中源區(qū)和漏區(qū)之間的一薄半導(dǎo)體層。如MOS結(jié)構(gòu)中當(dāng)施加外部電場(chǎng)時(shí)在半導(dǎo)體表面形成的積累層及反型層。
溝道--場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部的導(dǎo)電路徑,它連接了源極和漏極。當(dāng)施加適當(dāng)?shù)碾妷夯螂娏鲿r(shí),溝道將成為電子或空穴的主要傳導(dǎo)路徑。
在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中,源區(qū)和漏區(qū)之間有一薄半導(dǎo)體層,電流在其中流動(dòng)受柵極電勢(shì)的控制。溝道寬度是表 征集成電路集成度的重要標(biāo)志。商品集成電路中場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道寬度已小到0.25微米,每個(gè)芯片上包含了7億多個(gè)晶體管。
N型場(chǎng)效應(yīng)管(N-channel FET)
N型場(chǎng)效應(yīng)管中的溝道是由電子形成的。在N型場(chǎng)效應(yīng)管的基底中摻雜有一個(gè)少量的施主雜質(zhì),通常是磷(Phosphorus)或砷(Arsenic)等元素。這些施主雜質(zhì)提供了額外的自由電子,當(dāng)正向偏置被施加到N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上時(shí),形成一個(gè)負(fù)偏執(zhí)電場(chǎng),吸引自由電子進(jìn)入溝道。這使得溝道中的電子可以流動(dòng),從而形成了導(dǎo)電通路。
N型場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn):
當(dāng)柵極和源極間施加正向偏壓時(shí),溝道中的電子開始導(dǎo)通。
當(dāng)柵極和源極間施加負(fù)向偏壓時(shí),溝道中的電子停止導(dǎo)通。
以N溝道增強(qiáng)型MOS管為對(duì)象(如圖)
場(chǎng)效應(yīng)管 n溝道 p溝道
為什么叫N溝道?
因?yàn)樵礃O和漏極是兩個(gè)N型半導(dǎo)體,我們的目的是要使源極和漏極兩個(gè)導(dǎo)通,相當(dāng)于在漏源之間挖一條溝渠,這樣兩邊就連通了。
在無任何外電場(chǎng)作用的情況下,漏源之間是兩個(gè)背向的PN結(jié),無法形成溝道,無法連通。
怎么形成N溝道?
在柵-源(g-s)間加上正電壓,在柵極金屬下側(cè)聚集正電荷,排斥二氧化硅絕緣層下側(cè)P型半導(dǎo)體具有正電特性的空穴,形成PN結(jié)。
場(chǎng)效應(yīng)管 n溝道 p溝道
現(xiàn)在加大柵-源(g-s)間的電壓,PN結(jié)區(qū)域變寬,同時(shí)吸引PN結(jié)下方的電子到PN結(jié)與二氧化硅之間,這樣溝道就形成了。
場(chǎng)效應(yīng)管 n溝道 p溝道
P型場(chǎng)效應(yīng)管(P-channel FET)
相比之下,P型場(chǎng)效應(yīng)管的溝道是由空穴形成的。在P型場(chǎng)效應(yīng)管的基底中摻雜有少量的受主雜質(zhì),通常是硼(Boron)或鋁(Aluminum)等元素。這些受主雜質(zhì)提供了額外的空穴,當(dāng)負(fù)向偏置被施加到P型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上時(shí),形成一個(gè)正偏執(zhí)電場(chǎng),吸引空穴進(jìn)入溝道。這使得溝道中的空穴可以流動(dòng),從而形成了導(dǎo)電通路。
P型場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn):
當(dāng)柵極和源極間施加負(fù)向偏壓時(shí),溝道中的空穴開始導(dǎo)通。
當(dāng)柵極和源極間施加正向偏壓時(shí),溝道中的空穴停止導(dǎo)通。
n溝道和p溝道的區(qū)別
在實(shí)際應(yīng)用中需要正確區(qū)分N型和P型場(chǎng)效應(yīng)管。最常見的方法是查看器件上的標(biāo)識(shí)或數(shù)據(jù)手冊(cè)。通常,N型場(chǎng)效應(yīng)管的標(biāo)識(shí)會(huì)有一個(gè)"n",而P型場(chǎng)效應(yīng)管的標(biāo)識(shí)會(huì)有一個(gè)"p"。
此外,根據(jù)不同的制造工藝,兩種類型的管子具有不同的電特性。例如,在導(dǎo)通時(shí),N型場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻較低,而P型場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻較高。因此,在選擇和使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí),我們應(yīng)該充分了解其電特性,并根據(jù)具體需求作出合適的選擇。
N型和P型場(chǎng)效應(yīng)管的其他區(qū)別:
極性:N型場(chǎng)效應(yīng)管需要正向偏置才能導(dǎo)通,而P型場(chǎng)效應(yīng)管需要負(fù)向偏置才能導(dǎo)通。這是由于電子和空穴的運(yùn)動(dòng)方向和極性特征所決定的。
驅(qū)動(dòng)電壓:由于電子遷移率高于空穴遷移率,N型場(chǎng)效應(yīng)管通常具有較低的驅(qū)動(dòng)電壓要求。相比之下,P型場(chǎng)效應(yīng)管需要更高的驅(qū)動(dòng)電壓來實(shí)現(xiàn)相同的導(dǎo)通效果。
導(dǎo)通電阻:N型場(chǎng)效應(yīng)管在導(dǎo)通狀態(tài)下具有較低的導(dǎo)通電阻,因此可以提供較大的電流輸出。相反,P型場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻較高,因此其電流輸出能力相對(duì)較小。
噪聲特性:由于電子的遷移率高于空穴,N型場(chǎng)效應(yīng)管通常具有更好的噪聲特性。這使得N型場(chǎng)效應(yīng)管在低噪聲放大器和高頻應(yīng)用中更為常見。
溫度特性:N型和P型場(chǎng)效應(yīng)管在溫度特性上也存在差異。由于電子具有較高的遷移率,N型場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通特性相對(duì)穩(wěn)定。而P型場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通特性受到溫度波動(dòng)的影響更大。
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