场效应晶体管
场效应晶体管的截面图，显示了源极、栅极和漏极
场效晶体管（场效应晶体管、场效应管)是一种用电场效应来控制电流的电子器件。场效应晶体管是一种三极管，包括源极、栅极和漏极。场效应晶体管通过向栅极施加电压来控制电流，这反过来会改变漏极和源极之间的电导率。 场效应晶体管因其只需要一种载流子起作用，故又称为单极型晶体管。即，场效应晶体管以电子或空穴中的一种作为载流子。现已有许多不同类型的场效应晶体管。场效应晶体管通常在低频时显示非常高的输入阻抗。
历史结构单元场效应晶体管既可以作为多数载流子器件（由多子导电），又可以作为少数载流子器件（由少子导电）。[3]该器件由电荷载流子（电子或空穴）从源极流到漏极的有源沟道组成。源极导体和漏极导体通过欧姆接触联结。沟道的电导率是栅源电压的函数。 场效应晶体管的三个电极包括:
关于电极的更多信息 n型MOSFET的横截面
所有场效应晶体管都有源极、漏极和栅极，大致对应于双极型半导体三极管的发射极、基极和集电极。大多数场效应晶体管都有第四个电极，称为主体电极、集电极、基底或衬底。该第四端子用于使晶体管偏置工作；在电路设计中异常使用主体电极是很少见的，但是当设置集成电路的物理布局时，主体电极是很重要的。栅极的大小（右图中的长度L）为源极和漏极之间的距离。其宽度为晶体管在垂直于图中横截面的方向上的延伸(即进入/离开屏幕)。通常，宽度比栅极的长度大得多。1μm栅极长将上限频率限制在大约5千兆赫，0.2μm栅极长则将上限频率限制在大约3万兆赫左右。 电极是以其功能命名的。栅极可控制物理栅极的开关。栅极通过在源极和漏极之间创建或消除沟道来允许或阻挡电子流入。从源极到漏极的电流受到施加电压的影响。主体仅指栅极、源极和漏极所在的半导体主体。通常，根据场效应晶体管的类型，主体电极连接到电路中的最高或最低电压。主体电极和源极有时连接在一起，因为源极经常连接到电路中的最高或最低电压。但也有几种场效应晶体管不具备这种配置的用途，例如传输门和共源共栅电路。 栅极电压对电流的影响 结型场效应管n沟道晶体管的伏安特性和输出图。
 右侧模拟结果:反转沟道(电子密度)的形成；左侧模拟结果:n沟道纳米线MOSFET中的电流—栅极电压曲线(传输特性) 。需注意，该器件的阈值电压约为0.45 V.
 场效应晶体管常规符号类型
场效应晶体管通过影响“导电沟道”的尺寸和形状来控制从源极到漏极的电子(或空穴)，该“导电沟道”受栅源电压(或电压不足)控制和影响。(为方便讨论，此处假设主体电极和源极是连接的。)该导电沟道是指从源极流向漏极的“电子流”。 n沟道 n沟道“耗尽型”器件中，负的栅源电压会导致耗尽层宽度扩展，并从侧面侵蚀沟道，使沟道变窄。如果有源区扩展到完全闭合沟道，则沟道从源极到漏极的电阻变大，场效应晶体管会像开关一样进行有效导通和闭合(见右图，当电流非常小时)。这被称为“夹断”，它发生的电压被称为“夹断电压”。相反，正栅源电压会增加沟道尺寸，并允许电子轻松流过(见右图，当存在导电沟道且电流较大时)。 n沟道“增强型”器件中，晶体管内不存在导电沟道，需要正的栅源电压来产生导电沟道。正电压使管内的自由电子迁移至栅极，形成导电沟道。但是首先必须在栅极附近吸引足够的电子来抵消掺杂到场效应晶体管中的离子；这就形成了一个没有移动载流子的区域，称为耗尽层，此时的电压被称为场效应晶体管的阈值电压。栅源电压的进一步增加将会吸引更多的电子迁移至栅极，这些电子能够创建从源极到漏极的导电沟道；这个过程叫做倒置。 p沟道 p沟道“耗尽型”器件中，从栅极到主体电极的正电压通过迫使电子到达栅极-绝缘体/半导体界面来加宽耗尽层，留下暴露的不动的、带正电荷的受体离子的无载流子区域。相反，在p沟道“增强型”器件中，不存在导电沟道，必须附加负电压来产生导电沟道。 源极/漏极电压对沟道的影响对于增强型或耗尽型器件，漏源电压远低于栅源电压时，改变栅极电压将改变沟道电阻，漏极电流将与漏极电压成比例(参考源极电压)。在这种模式下，场效应晶体管像可变电阻器一样工作，并且场效应晶体管会在所谓的在线性模式或欧姆模式下工作。[4][5] 如果漏源电压增加，源极至漏极之间的电压梯度将导致沟道形状的显著不对称变化。反转区的形状在沟道的漏极附近变得“收缩”。如果漏源电压进一步增加，沟道的夹断点开始由漏极向源极移动。据说场效应晶体管会在饱和模式工作；[6]虽然有些学者称之为有源模式，以便与双极晶体管工作区域更好地类比。[7][8]当需要放大时，使用饱和模式或欧姆和饱和之间的区域。中间区域有时被认为是欧姆或线性区域的一部分，即便在漏极电流与漏极电压不近似线性的情况下也是如此。 即使在饱和模式下由于栅源电压形成的导电沟道不再将源极连接到漏极，也不会阻止载流子流动。再者，n通道增强型器件的耗尽层存在于p型半导体中，围绕导电沟道以及漏极和源极区域。如果电子由于漏源电压被吸引到漏极，构成沟道的电子可以通过耗尽层自由移出沟道。耗尽区没有载流子并且具有类似于硅的电阻。漏源电压增加会使漏极至夹断点的距离增加，从而使得与漏源电压成比例的耗尽层电阻增加。与线性工作模式下的欧姆行为不同，这种比例变化使得漏源电流保持相对稳定，与漏源电压的变化无关。因此，在饱和模式下，场效应晶体管充当恒流源而不是电阻器，并且可以有效地用作电压放大器。在这种情况下，栅源电压决定了通过沟道的恒定电流水平。 组件类型 典型电压下的耗尽型场效应晶体管:结型场效应管、多晶硅场效应晶体管、双栅极场效应晶体管、金属栅极场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管。 耗尽层 电子 空穴 金属 绝缘体顶部:源极，底部:漏极，左侧:栅极，右侧:主体电极。导致沟道形成的电压未示出。
场效应晶体管的沟道是掺杂n型半导体或p型半导体的结果。在增强型场效应晶体管中，漏极和源极可以掺杂与沟道相反的类型，或者掺杂与耗尽型场效应晶体管类似的类型。场效应晶体管也可由沟道和栅极之间的绝缘方法来区分。场效应晶体管的类型包括:
优势场效应晶体管的一个优点是它的栅极到主电流电阻高（≥100 MΩ），从而使控制和流动彼此独立。因为基极电流噪声将随着整形时间而增加，[21]场效应晶体管通常比双极结型晶体管 (BJT)产生更少的噪声，因此可应用于噪声敏感电子器件，例如调谐器和用于甚高频和卫星接收机的低噪声放大器。场效应晶体管对辐射相对免疫。它在零漏极电流下不显示失调电压，因此是一款出色的信号斩波器。场效应晶体管通常比双极结型晶体管具有更好的热稳定性。[22]因为场效应晶体管是由栅极电荷控制的，所以在某下状态下一旦栅极闭合或打开，就不会像使用双极结晶体管或者是非闭锁的继电器一样有额外的功率损耗。这允许极低功率开关，这反过来又允许电路更小型化，因为与其他类型的开关相比，散热需求减少了。 劣势场效应晶体管与双极型场效应晶体管相比具有相对低的增益-带宽乘积。金属氧化物半导体场效应晶体管极易受到过载电压的影响，因此在安装过程中需要特殊处理。[22]栅极和沟道之间的金属氧化物半导体场效应晶体管的脆弱绝缘层使其在处理过程中易受静电放电或阈值电压变化的影响。在设备安装到正确设计的电路中后，这通常不是问题。 场效应晶体管通常具有非常低的“开”电阻和高的“关”电阻。然而，中间电阻很大，因此场效应晶体管在开关时会消耗大量功率。因此，快速开关会提高效率，但又可能会导致瞬变，从而激发杂散电感并产生可能耦合到栅极并导致无意切换的大电压。因此，场效应晶体管电路布局时需要十分谨慎，并且还需要在开关速度和功耗之间取舍。额定电压和“导通”电阻之间也需要取舍，因为高压场效应晶体管具有相对较高的“导通”电阻，因此传导损耗也较高。 故障模式场效应晶体管相对坚固，尤其是在制造商规定的温度和电气限制范围内工作时(适当降级)中。然而，现代场效应晶体管器件通常可以将主体二极管作为整体功能的一部分。如果不考虑体二极管的特性，场效应晶体管可能会经历缓慢的体二极管行为，其中衍生晶体管会导通并在场效应晶体管闭合时从漏极到源极汲取高电流。[23] 应用最常用的场效应晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管 。CMOS (互补金属氧化物半导体)工艺技术是现代数字化集成电路的基础。这种工艺技术采用一种增强模式设计，即p沟道MOSFET和n沟道MOSFET串联连接，使得当一个导通时，另一个闭合。 在场效应晶体管中，当以线性模式工作时，电子可以沿任意方向流过沟道。漏极和源极的命名惯例有些随意，因为器件通常(但不总是)从源极到漏极对称构建。这使得场效应晶体管适合在路径之间切换模拟信号(多路复用)。利用这个概念可用于构建固态混合板。 场效应晶体管的一个常见用途是用作放大器。例如，由于其大输入电阻和低输出电阻，场效应晶体管在共漏(源极跟随器)配置中作为缓冲器非常有效。 绝缘栅双极型晶体管用于切换内燃机点火线圈，因其对快速切换和电压阻断能力要求非常高。 源栅晶体管源栅晶体管有助于显示屏等大面积电子器件的制造和环保问题的稳步发展，但运行速度比场效应晶体管慢。[24] 参考文献
所属学科树 同学科词条 光纤电缆 光导纤维电缆，也称为光缆，是一种类似于电缆的组件，但它包含一根或多根用于传输光信号的光纤。光纤元件通常单独涂有塑料层，并被包含在适合电缆部署环境的保护管中。不同类型的光缆有着不同的应用，例如长途通信，或者在建筑物的不同部分之间提供高速数据连接。 石墨烯 石墨烯是二维原子尺度、六角型的碳同素异形体，其中每个顶点有一个原子。它是其他同素异形体（包括石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯）的基本结构单元。它也可以被认为是一个无限期的大芳香分子，平面多环芳烃家族的最终案例。 石墨烯有许多特性。与其厚度成比例，它比最坚固的钢大约强100倍。它可以非常有效地传导热和电，并且几乎是透明的。 石墨烯还显示了一个大的非线性抗磁性， 甚至比石墨还大，可以被钕铁硼磁体悬浮。研究人员已经确定了材料中的双极晶体管效应、电荷的弹道传输和大量子振荡。 几十年来，科学家们一直在对石墨烯进行理论研究。几个世纪以来，通过使用铅笔和石墨的其他类似应用，它很可能在不知不觉中被少量生成。石墨烯 电弧增材制造技术 电弧增材制造技术(Wire and arc additive manufacturing, WAAM)是采用逐层堆焊的方式制造致密金属实体构件，因以电弧为载能束，热输入高，成形速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本、高效快速近净成形。 聚乙烯醇 聚乙烯醇（PVOH，PVA或PVAI）是一种水溶性合成聚合物其理想化的分子式为[CH2CH(OH)]n，可应用于造纸、纺织和各类涂料制造。它白色(无色)无味的，作为商品的聚乙烯醇通常呈珠状或水溶液状态。 木材未编写 当前词条仅创建，未编写 提议收录 固体氧化物燃料电池 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种可直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的能量转化装置。因其整个发电过程为电化学反应，无需经过燃料燃烧，因此无卡诺循环的限制，理论上转化效率可以达到85%-90%以上。与其他燃料电池相比，SOFC还具有功率密度高、燃料适应性强、全固态结构、设备简单等优点，被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。 铝基复合材料 金属基复合材料是选用陶瓷颗粒、晶须或纤维为增强体，选用金属（铝、钛、铁、铜等）或其合金为基体制备而成，将增强体的高模量、高强度和基体好的塑韧性结合起来从而兼具增强体和基体优良特性的一种材料，在航空航天、先进武器、交通运输及电子封装等领域展现出广阔的应用前景。 非晶、微晶金属材料未编写 当前词条仅创建，未编写 提议收录 硫代硫酸钠 硫代硫酸钠，别名次亚硫酸钠、大苏打、海波，分子式：Na₂S₂O₃。它是常见的硫代硫酸盐，无色结晶或白色颗粒。硫代硫酸钠易溶于水，遇强酸反应产生硫和二氧化硫。硫代硫酸钠为无色、透明的结晶或结晶性细粒；无臭，味咸；在干燥空气中有风化性，在湿空气中有潮解性；水溶液显微弱的碱性反应。 SMA未编写 当前词条仅创建，未编写 提议收录 |
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