当 VGS=0 时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产 生漏极电流。当 VGS<0 时，PN 结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，ID 将减小， VGS 继续减小，沟道继续变窄，ID 继续减小直至为 0。当漏极电流为零时所对应的栅源电 压 VGS 称为夹断电压 VGS(off)。
图 02.18 各类场效应三极管的特性曲线 4.2.3 结型场效应三极管 (1) 结型场效应三极管的结构
结型场效应三极管的结构与绝缘栅 场效应三极管相似，工作机理也相同 。结型场效应 三极管的结构如图 02.19 所示，它是在 N 型半导体硅片的两侧各制造个 P 区即为栅极，N 型硅的一端是漏极，另一端是 源极。
当 VDS 增加到使 VGD=VGS(th)时，沟道如图 02.15(b)所示。这相当于 VDS 增加使 漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断，此时的漏极电流 ID 基本饱和。当 VDS 增加到 VGD?VGS(th)时，沟道如图 02.15(c)所示。此时预夹断区域加长，伸向 S 极。 VDS 增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， ID 基本趋于不变。
(a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线
图 3N 沟道耗尽型绝缘栅场效应管结构和转移特性曲线 (2)N 沟道增强型绝缘栅场效应管 结构与耗尽型类似。但当 UGS=0V 时，在 D、S 之间加上电压不会在 D、S 间形成 电流。 当栅极加有电压时，若 0UGS(th)时，形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加 有漏源电压，就可以形成漏极电流 ID。在 UGS=0V 时 ID=0，只有当 UGS>UGS(th)后才 会出现漏极电流，这种 MOS 管称为增强型 MOS 管。 N 沟道增强型 MOS 管的转移特性曲线，见图 4。
(3) 结型场效应三极管的特性曲线
结型场效应三极管的特性曲线有两 条，一是转移特性曲线，二是输出特 性曲线。它与 绝缘栅场效应三极管的特性曲线基本相 同，只不过绝缘栅场效应管的栅压可 正、可负，而
结型场效应三极管的栅压只能是 P 沟道的为正或 N 沟道的为负。N 沟道结型场效应三极管 的特性曲线如图 02.22 所示。


图 02.19 结型场效应三极管的结构
(2) 结型场效应三极管的工作原理
根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于 N 沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P 沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出 现栅流。现以 N 沟道为例说明其工作原理。
① 栅源电压对沟道的控制作用
1.结型场效应三极管 (1) 结构 N 沟道结型场效应三极管的结构如图 1 所示，它是在 N 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 型沟道的结构。两个 P 区即为栅极，N 型硅的一 端是漏极，另一端是源极。
图 1 结型场效应三极管的结构 (2) 工作原理 以 N 沟道为例说明其工作原理。 当 UGS=0 时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产 生漏极电流。当 UGS<0 时，PN 结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，ID 将减小， UGS 继续减小，沟道继续变窄，ID 继续减小直至为 0。当漏极电流为零时所对应的栅源电 压 UGS 称为夹断电压 UGS(off)。 (3)特性曲线
图 02.15 漏源电压 VDS 对沟道的影响(动画 2-5) 当 VGS>VGS(th)，且固定为某一值时，VDS 对 ID 的影响，即 iD=f(vDS)?VGS=const 这一关系曲线如图 02.16 所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。
(a) 输出特性曲线 (b)转移特性曲线 图 02.16 漏极输出特性曲线和转移特性曲线 (2)N 沟道耗尽型 MOSFET N 沟道耗尽型 MOSFET 的结构和符号如图 02.17(a)所示，它是在栅极下方的 SiO2 绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当 VGS=0 时，这些正离子已经感应出反型层， 形成了沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当 VGS>0 时，将使 ID 进一步 增加。VGS<0 时，随着 VGS 的减小漏极电流逐渐减小，直至 ID=0。对应 ID=0 的 VGS 称为夹断电压，用符号 VGS(off)表示，有时也用 VP 表示。N 沟道耗尽型 MOSFET 的转移 特性曲线如图 02.17(b)所示。
图 4 转移特性曲线 (3)P 沟道 MOS 管 P 沟道 MOS 管的工作原理与 N 沟道 MOS 管完全相同，只不过导电的载流子不同， 供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有 NPN 型和 PNP 型一样。 3 主要参数 (1) 直流参数 指耗尽型 MOS 夹断电压 UGS=UGS(off) 、增强型 MOS 管开启电压 UGS(th)、耗尽 型场效应三极管的饱和漏极电流 IDSS(UGS=0 时所对应的漏极电流)、输入电阻 RGS. (2) 低频跨导 gm gm 可以在转移特性曲线上求取，单位是 mS(毫西门子)。 (3) 最大漏极电流 IDM 2 场效应半导体三极管 场效应半导体三极管是只有一种载 流子参与导电的半导体器件，是一种 用输入电压控 制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的 N 沟道器 件和空穴作为载流子的 P 沟道器件。从场效应三极管的结构来划分，它有结型场效应三极 管 JFET(JunctiontypeFieldEffectTransister)和绝缘栅型场效应三极管
2.漏源电压 VDS 对漏极电流 ID 的控制作用 当 VGS>VGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压 VDS 对漏极电流 ID 的影响。 VDS 的不同变化对沟道的影响如图 02.15 所示。根据此图可以有如下关系
当 VDS 为 0 或较小时，相当 VGD>VGS(th)，沟道分布如图 02.15(a)，此时 VDS 基 本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布 。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程 度以上，漏源 之间有电流通过。
② 漏源电压对沟道的控制作用
在栅极加有一定的电压，且 VGS>VGS(off)，若漏源电压 VDS 从零开始增加，则 VGD=VGS-VDS 将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分 布，如图 02.21(a)所示。当 VDS 增加到使 VGD=VGS—VDS=VGS(off)时，在紧靠漏极处 出现预夹断，如图 02.21(b)所示。当 VDS 继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延 长。以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。
图 2N 沟道结型场效应三极管的特性曲线 2. 绝缘栅场效应三极管的工作原理 绝缘栅场效应三极管分为：耗尽型 →N 沟道、P 沟道 增强型 →N 沟道、P 沟道 (1)N 沟道耗尽型绝缘栅场效应管 N 沟道耗尽型的结构和符号如图 3(a)所示，它是在栅极下方的 SiO2 绝缘层中掺入了 大量的金属正离子。所以当 UGS=0 时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于 是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当 UGS>0 时，将使 ID 进一步增加。UGS<0 时，随着 UGS 的减小漏极电流逐渐减小，直至 ID=0。对应 ID=0 的 UGS 称为夹断电压， 用符号 UGS(off)表示，有时也用 UP 表示。N 沟道耗尽型的转移特性曲线如图 30(b)所示。
场效应管原理
场效应管是较新型的半导体材料，利用电场效应来控制晶体管的电流，因而得名。它 的外型也是一个三极管，因此又称场效 应三极管。它只有一种载流子参与导 电的半导体器 件，是一种用输入电压控制输出电流的 半导体器件。从参与导电的载流子来 划分，它有电 子作为载流子的 N 沟道器件和空穴作为载流子的 P 沟道器件。从场效应三极管的结构来划 分，它有结型场效应三极管和绝缘栅型场效应三极管之分。

(a) 漏极输出特性曲线(动画 2-6)(b) 转移特性曲线(动画 2-7) 图 02.22N 沟道结型场效应三极管的特性曲线
VGS 对漏极电流的控制关系可用 iD=f(vGS)?VDS=const 这一曲线描述，称为转移特 性曲线，见图 02.14。
图 02.14 转移特性曲线 转移特性曲线的斜率 gm 的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm 的量 纲为 mA/V，所以 gm 也称为跨导。 跨导的定义式如下：

(a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线 图 02.17N 沟道耗尽型 MOSFET 的结构和转移特性曲线 (3)P 沟道耗尽型 MOSFET P 沟道 MOSFET 的工作原理与 N 沟道 MOSFET 完全相同，只不过导电的载流子不同， 供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有 NPN 型和 PNP 型一样。 4.2.2 伏安特性曲线 场效应三极管的特性曲线类型比较 多，根据导电沟道的不同以及是增强 型还是耗尽型 可有四种转移特性曲线和输出特性曲线 ，其电压和电流方向也有所不同。如 果按统一规定 的正方向，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，将 P 沟道管子的正方向反过来 设定。有关曲线绘于图 02.18 之中。
结型场效应三极管的特性曲线有两 条，一是输出特性曲线(ID=f(UDS)| UGS=常量),二 是转移特性曲线(ID=f(UGS)|UDS=常量)。N 沟道结型场效应三极管的特性曲线如图 2 所 示。
(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线
图 02.13N 沟道增强型 MOSFET 的结构示意图和符号 ② 工作原理 1.栅源电压 VGS 的控制作用 当 VGS=0V 时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在 D、S 之间加上电压不会在 D、S 间形成电流。 当栅极加有电压时，若 0
进一步增加 VGS，当 VGS>VGS(th)时(VGS(th) 称为开启电压)，由于此时的栅极电 压已经比较强，在靠近栅极下方的 P 型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将 漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流 ID。在栅极下方形成的导 电沟道中的电子，因与 P 型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着 VGS 的继 续增加，ID 将不断增加。在 VGS=0V 时 ID=0，只有当 VGS>VGS(th)后才会出现漏极电 流，这种 MOS 管称为增强型 MOS 管。