场效应晶体管

场效应晶体管（FET）是一种类型的晶体管，使用一个电场来控制的流动电流在半导体。场效应晶体管是具有三个端子的器件：源极、栅极和漏极。FET通过向栅极施加电压来控制电流的流动，从而改变漏极和源极之间的电导率。

场效应晶体管也称为单极晶体管，因为它们涉及单载流子类型的操作。也就是说，场效应晶体管在其操作中使用电子或空穴作为电荷载流子，但不能同时使用两者。存在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出非常高的输入阻抗。使用最广泛的场效应晶体管是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。

场效应晶体管可以由各种半导体构成，其中硅是迄今为止最常见的。大多数FET是通过使用传统的体半导体加工技术制造的，使用单晶半导体晶片作为有源区域或通道。

其中比较不寻常的主体材料是基于有机半导体的薄膜晶体管或有机场效应晶体管（OFET）中的非晶硅、多晶硅或其他非晶半导体；通常，OFET栅极绝缘体和电极也由有机材料制成。此类FET使用多种材料制造，例如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和砷化铟镓(InGaAs)。

2011年6月，IBM宣布已成功在集成电路中使用基于石墨烯的FET。这些晶体管的截止频率约为2.23GHz，远高于标准硅FET。

场效应晶体管的沟道被掺杂以产生n型半导体或p型半导体。在增强型FET的情况下，漏极和源极可以以与沟道相反的类型掺杂，或者在耗尽型FET中以与沟道相似的类型掺杂。场效应晶体管的区别还在于沟道和栅极之间的绝缘方法。场效应晶体管的类型包括：

• 在MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）利用一个绝缘体（通常的SiO2的栅极和主体之间）。这是迄今为止最常见的FET类型。
  • DGMOSFET（双栅极MOSFET）或DGMOS，具有两个绝缘栅极的MOSFET。
  • IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种功率控制器件。它具有类似于与双极型主传导通道耦合的MOSFET的结构。这些通常用于200–3000V漏源电压范围的操作。功率MOSFET仍然是1至200V漏源电压的首选器件。
  • JLNT（无结纳米线晶体管）是一种场效应晶体管（FET），其通道是一条或多条纳米线，不存在任何结。
  • MNOS（金属-氮化物-氧化物-半导体晶体管）在栅极和主体之间使用氮化物-氧化物层绝缘体。
  • 所述ISFET（离子敏感场效应晶体管）可以被用于测量溶液中的离子浓度;当离子浓度（如H+，见pH电极）发生变化时，通过晶体管的电流也会相应发生变化。
  • 的BioFET（生物敏感场效应晶体管）是一类基于传感器/生物传感器的ISFET被用于检测带电分子技术;当存在带电分子时，BioFET表面静电场的变化会导致通过晶体管的电流发生可测量的变化。这些包括酶修饰的FET(EnFET)、免疫学修饰的FET(ImmunoFET)、基因修饰的FET(GenFET)、DNAFET、基于细胞的BioFET(CPFET)、甲虫/芯片FET(BeetleFET)和基于离子通道/蛋白质结合。
  • DNAFET（DNA场效应晶体管）是一种用作生物传感器的专用FET，通过使用由单链DNA分子构成的门来检测匹配的DNA链。
• 场效应晶体管的JFET（结型场效应晶体管）使用反向偏置p-n结的栅极从所述主体分离。
  • 所述静电感应晶体管（SIT）是具有短沟道型JFET的。
• DEPFET是在完全耗尽的衬底中形成的FET，同时充当传感器、放大器和存储节点。它可以用作图像（光子）传感器。
• FREDFET（快速反向或快速恢复外延二极管FET）是一种专门设计的FET，旨在为体二极管提供非常快速的恢复（关断），从而方便驱动电动机等感性负载，尤其是中等动力无刷直流电机。
• HIGFET（异质结构绝缘栅场效应晶体管）现在主要用于研究。
• MODFET（调制掺杂场效应晶体管）是一种高电子迁移率晶体管，其使用通过有源区的渐变掺杂形成的量子阱结构。
• TFET（隧道场效应晶体管）基于带间隧道效应。
• 的HEMT（高电子迁移率晶体管），也称为一个HFET（异质结构FET），可以使用由能带隙工程的三元半导体如的AlGaAs。完全耗尽的宽带隙材料形成栅极和主体之间的隔离。
• 该MESFET（金属半导体场效应晶体管）代替了p-n结与所述JFET的肖特基势垒;并用于GaAs和其他III-V族半导体材料。
• 所述NOMFET是纳米颗粒的有机存储器场效应晶体管。
• GNRFET（石墨烯纳米带场效应晶体管）使用石墨烯纳米带作为其通道。
• VeSFET（垂直狭缝场效应晶体管）是一种方形无结FET，在对角处有一条窄缝连接源极和漏极。两个栅极占据其他角落，并控制通过狭缝的电流。
• CNTFET（碳纳米管场效应晶体管）。
• OFET（有机场效应晶体管）在其通道中使用有机半导体。
• QFET（量子场效应晶体管）利用量子隧道效应，通过消除传统晶体管的电子传导区域，xxx提高了晶体管的运行速度。
• SB-FET（肖特基势垒场效应晶体管）是一种具有金属源极和漏极接触电极的场效应晶体管，可在源极-沟道和漏极-沟道界面处产生肖特基势垒。
• GFET是一种高灵敏度的基于石墨烯的场效应晶体管，用作生物传感器和化学传感器。由于石墨烯的二维结构及其物理特性，GFET提供了更高的灵敏度，并减少了传感应用中“误报”的情况
• 所述的FeFET采用强电介质的栅极之间，使晶体管保持在不存在偏压的其状态-这样的设备可以具有应用程序作为非易失性存储器。

场效应晶体管具有高栅极至漏极电流电阻，约为100MΩ或更高，可在控制和流量之间提供高度隔离。由于基极电流噪声会随着整形时间而增加，FET产生的噪声通常比双极结型晶体管(BJT)低，并且在噪声敏感电子设备中可以找到，例如用于VHF和卫星接收器的调谐器和低噪声放大器。它对辐射相对免疫。它在零漏电流时不表现出失调电压，是一款出色的信号斩波器。它通常比BJT具有更好的热稳定性。

因为FET由栅极电荷控制，所以一旦栅极关闭或打开，就没有额外的功率消耗，就像双极结晶体管或在某些状态下使用非锁存继电器一样。这允许极低功耗的开关，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。

与双极结型晶体管相比，场效应晶体管的增益带宽积相对较低。MOSFET非常容易受到过载电压的影响，因此在安装过程中需要进行特殊处理。MOSFET的栅极和沟道之间脆弱的绝缘层使其在处理过程中容易受到静电放电或阈值电压变化的影响。在将设备安装在设计合理的电路中后，这通常不是问题。

FET通常具有非常低的“开”电阻和高“关”电阻。然而，中间电阻很重要，因此FET在开关时会耗散大量功率。因此，效率可以优先考虑快速切换，但这会导致瞬态，从而激发杂散电感并产生可耦合到栅极并导致意外切换的显着电压。因此，FET电路可能需要非常仔细的布局，并且可能涉及开关速度和功耗之间的权衡。在额定电压和“导通”电阻之间也存在权衡，因此高压FET具有相对较高的“导通”电阻，因此存在传导损耗。

场效应晶体管相对稳健，尤其是在制造商定义的温度和电气限制（适当降额）内运行时。然而，现代FET器件通常可以包含体二极管。如果不考虑体二极管的特性，则FET可能会经历缓慢的体二极管行为，即当FET关闭时，寄生晶体管将开启并允许从漏极到源极汲取大电流。