• 結型場效應管

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    結型場效應管

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    結型場效應晶體管結型場效應管)是最簡單的一種場效應晶體管結構型應用管是三端半導體器件,可用作電子控制開關電阻器,或用于構建放大器

    與雙極結型晶體管不同,結型場效應管完全由電壓控制,因為它們不需要偏置電流。 電荷流過源極和漏極端子之間的半導體通道。 通過向柵極端子施加反向偏置電壓,溝道被夾緊,從而電流被阻礙或完全切斷。 當柵極和源極端子之間的電壓為零時,結構效應管通常會導通。 如果在其柵極和源極端子之間施加適當極性電勢差,則結構效應管對電流流動的阻力更大,這意味著源極和漏極端子之間的溝道中流動的電流更少。

    結構效應管有時被稱為耗盡型器件,因為它們依賴于耗盡區原理,即沒有多載流子。 耗盡區必須關閉才能使電流流動。

    結構有效應用管可以具有 n 型或 p 型通道。 在n型中,如果施加到柵極的電壓相對于源極為負,則電流將減小(在p型中類似,如果施加到柵極的電壓相對于源極為正)。 由于共源或共漏配置中的結構效應管具有較大的輸入阻抗(有時約為 1010 歐姆),因此從用作柵極輸入的電路中汲取的電流很少。

    歷史

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    Julius Lilienfeld 在 1920 年代和 1930 年代為一系列類似 FET 的器件申請了專利。 然而,材料科學和制造技術需要數十年的進步才能真正制造 FET。

    結構場效應管于 1945 年由 Heinrich Welker 首次申請專利。在 1940 年代,研究人員 John Bardeen、Walter Houser Brattain 和 William Shockley 試圖構建 FET,但多次嘗試均以失敗告終。 他們在試圖診斷故障原因的過程中發現了點接觸晶體管。 繼肖克利在 1952 年對模型場效管理的理論處理之后,George C. Dacey 和 Ian M. Ross 于 1953 年提出了實用的模型場效管理。 日本工程師 Jun-ichi Nishizawa 和 Y. Watanabe 于 1950 年為一種名為靜電感應晶體管 (SIT) 的類似設備申請了專利。 SIT 是一種具有短通道的結型場效應管。

    隨著 2008 年碳化硅 (SiC) 寬帶隙器件的商業化應用,采用結構效應管的高速高壓開關在技術上變得可行。由于早期制造困難——特別是不一致和低產量—— SiC 結型場效應管最初仍然是一種小眾產品,成本也相應較高。 到 2018 年,這些制造問題已基本解決。 到那時,SiC 結型場效應管也普遍與傳統的低壓硅 MOSFET 結合使用。 在這種組合中,SiC 結型場效應管 + Si MOSFET 器件具有寬帶隙器件的優點以及 MOSFET 易于柵極驅動。

    結構

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    結構場效應管是半導體材料的長通道,摻雜有大量正電荷載流子或空穴(p 型),或負載流子或電子(n 型)。 兩端的歐姆接觸形成源極 (S) 和漏極 (D)。 pn 結形成在溝道的一側或兩側,或使用摻雜與溝道相反的區域圍繞它,并使用歐姆柵極接觸 (G) 進行偏置。

    函數

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    模型場效管的操作可以比作花園水管。 可以通過擠壓軟管以減小橫截面來控制流過軟管的水流,并通過收縮載流通道來控制通過結構效應管的電荷流。 電流還取決于源極和漏極之間的電場(類似于軟管兩端的壓力差)。 圖中所示的特定施加電壓上方的特性不支持這種電流依賴性。

    結型場效應管

    這是飽和區,結構效應管通常在這個恒流區運行,器件電流幾乎不受漏源電壓的影響。 結型場效應管與結型晶體管和熱電子管(閥)四極管和五極管共享這種恒流特性。

    導電溝道的收縮是使用場效應完成的:在柵極和源極之間施加電壓以反向偏置柵極 - 源極 pn 結,從而加寬該結的耗盡層(見上圖),侵占 導電通道并限制其橫截面積。 之所以稱為耗盡層,是因為它耗盡了移動載流子,因此在實際應用中是不導電的。

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    詞條目錄
    1. 結型場效應管
    2. 歷史
    3. 結構
    4. 函數

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