网站地图
栅极

由金属细丝组成的筛网状或螺旋状电极。多极电子管中排列在阳极和阴极之间的一个或多个具有细丝网或螺旋线形状的电极,起控制阴极表面电场强度从而改变阴极发射电子或捕获二次放射电子的作用。

场效应管栅极

场效应管根据三极管的原理开发出的新一代放大元件,有3个极性,栅极,漏极,源极,它的特点是栅极的内阻极高,采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压控制型器件。场效应晶体管(FieldEffectTransistor缩写(FET))简称场效应管。由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。

所有的FET都有栅极、漏极(drain)、源极(source)三个端,分别大致对应双极性晶体管的基极(base)、集电极(collector)和发射极(emitter)。除了结型场效应管外,所有的FET也有第四端,被称为体(body)、基(base)、块体(bulk)或衬底(substrate)。这个第四端可以将晶体管调制至运行;在电路设计中,很少让体端发挥大的作用,但是当物理设计一个集成电路的时候,它的存在就是重要的。在图中栅极的长度(length)L,是指源极和漏极的距离。宽度(width)是指晶体管的范围,在图中和横截面垂直。通常情况下宽度比长度大得多。长度1微米的栅极限制最高频率约为5GHz,0.2微米则是约30GHz。

这些端的名称和它们的功能有关。栅极可以被认为是控制一个物理栅的开关。这个栅极可以通过制造或者消除源极和漏极之间的沟道,从而允许或者阻碍电子流过。如果受一个外加的电压影响,电子流将从源极流向漏极。体很简单的就是指栅极、漏极、源极所在的半导体的块体。通常体端和一个电路中最高或最低的电压相连,根据类型不同而不同。体端和源极有时连在一起,因为有时源也连在电路中最高或最低的电压上。当然有时一些电路中FET并没有这样的结构,比如级联传输电路和串叠式电路。

图2 中显示的是电子密度的变化。阈值电压在0.45V左右。

FET通过影响导电沟道的尺寸和形状,控制从源到漏的电子流(或者空穴流)。沟道是由(是否)加在栅极和源极的电压而创造和影响的(为了讨论的简便,这默认体和源极是相连的)。导电沟道是从源极到漏极的电子流。

在一个n沟道"耗尽模式"器件,一个负的栅源电压将造成一个耗尽区去拓展宽度,自边界侵占沟道,使沟道变窄。如果耗尽区扩展至完全关闭沟道,源极和漏极之间沟道的电阻将会变得很大,FET就会像开关一样有效的关闭(如右图所示,当栅极电压很低时,导电沟道几乎不存在)。类似的,一个正的栅源电压将增大沟道尺寸,而使电子更易流过(如右图所示,当栅极电压足够高时,沟道导通)。

相反的,在一个n沟道"增强模式"器件中,一个正的栅源电压是制造导电沟道所必需的,因为它不可能在晶体管中自然的存在。正电压吸引了体中的自由移动的电子向栅极运动,形成了导电沟道。但是首先,充足的电子需要被吸引到栅极的附近区域去对抗加在FET中的掺杂离子;这形成了一个没有运动载流子的被称为耗尽区的区域,这种现象被称为FET的阈值电压。更高的栅源电压将会吸引更多的电子通过栅极,则会制造一个从源极到漏极的导电沟道;这个过程叫做"反型" [1]

具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor),属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。它也分N沟道管和P沟道管,符号如右图所示。通常是将衬底(基板)与源极S接在一起。根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。

以N沟道为例,它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电位。右图(a)符号中的前头方向是从外向电,表示从P型材料(衬底)指身N型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电流)ID=0。随着VGS逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N型沟道,当VGS大于管子的开启电压VTN(一般约为+2V)时,N沟道管开始导通,形成漏极电流ID。MOS场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G极与S极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电措施 [2]

下面介绍检测方法。

1.准备工作测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触MOSFET的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。

2.判定电极将万用表拨于R×100档,首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极G。交换表笔重测量,S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为D极,红表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品,S极与管壳接通,据此很容易确定S极。

电子管栅极的检测:

1.以额定电压点亮灯丝并预热数十秒。

2.万用表置于Rx100档,以黑表笔接触栅极,红表笔接触阴极。如果出现一个稳定的示数,则证明电子管基本是正常的。相同条件下同新管测得的数值进行比较可以大致得出管子的老化程度 [3]


相关文章推荐:
场效应管 | 氧化硅 | 双极性晶体管 | 物理设计 | 集成电路 | 电子 | 空穴 | 耗尽区 | 耗尽区 | 阈值电压 | 噪声 |
相关词汇词典