場(chǎng)效應(yīng)管（Field Effect 晶體管，F(xiàn)ET）全稱場(chǎng)效應(yīng)晶體管，又稱單極型晶體管，是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體中電流的一種半導(dǎo)體器件，是以小的輸入電壓控制較大輸出電流的電壓型控制放大器件。
1925年，Julius Edger Lilienfeld首次提出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本定律。1930年，Lilienfeld又將絕緣柵結(jié)構(gòu)引進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，開(kāi)創(chuàng)了絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的先河。1960年，Kahng和Atalla研發(fā)出了第一個(gè)硅基的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。1962年，Weimer用多晶CaS薄膜做成了薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。1970年，Bergveld研制出離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 在1973年，Brody等人首次研制出有源矩陣液晶顯示(AM-LCD)，并用CdSeTFT作為開(kāi)關(guān)單元。1979年,Comber，Spear和 Ghaith發(fā)表了基于不定型硅----即a-硅的tft的研究。1980年Janata利用FET選擇性地檢測(cè)芐青霉素。
場(chǎng)效應(yīng)管可以分為結(jié)型、絕級(jí)柵型兩大類。每一大類按其導(dǎo)電溝道可分為N溝道和P溝道兩種。因功耗小、體積小、熱穩(wěn)定性好、易于集成化這些優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于模擬集成電路和數(shù)字集成電路中。
簡(jiǎn)史
在1925年，Julius Edger Lilienfeld首次提出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本定律，開(kāi)辟了對(duì)固態(tài)放大器的研究。1930年，Lilienfeld又將絕緣柵結(jié)構(gòu)引進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(后來(lái)被稱為MISFETs)，在專利中發(fā)表了該工作，構(gòu)建了其基本構(gòu)造并闡述了其工作原理，開(kāi)創(chuàng)了絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的先河。
1960年，Kahng和Atalla研發(fā)出了第一個(gè)硅基的金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-半導(dǎo)體FETs,MOSFETs)，這是品體管歷史上的又一個(gè)重大突破。從此，晶體管作為取代電子管的運(yùn)算器件進(jìn)入到計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中，使得計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。1962年，Weimer用多晶CaS薄膜做成了薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Thin-film field-effect transistors,TFTs)。隨后，又涌現(xiàn)了用CdSe、InSb、Ge等半導(dǎo)體材料做成的薄膜晶體管器件。1970年，Bergveld研制出離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ISFET），這種傳感器可以用于測(cè)量電化學(xué)和生物體內(nèi)的活性離子。Janata在1976年不僅提出了化學(xué)選擇性FET的概念，而且還提出了將FET微型化的想法，同時(shí)離子敏感FET不僅可用于化學(xué)和生物方面的研究，還可以與其他電化學(xué)分析裝置聯(lián)用并應(yīng)用于其它方面。在1973年，Brody等人首次研制出有源矩陣液晶顯示(AM-LCD)，并用CdSeTFT作為開(kāi)關(guān)單元。1979年,Comber，Spear和 Ghaith發(fā)表了基于不定型硅----即a-硅(Amorphous-硅)的tft的研究。1980年Janata利用FET選擇性地檢測(cè)芐青霉素。
1982年，聚乙炔作為半導(dǎo)體材料被引入MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件中。1986年報(bào)道的基于聚盼半導(dǎo)體材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是最早有明顯引出電流的OFET。隨后，1988年報(bào)道的以可溶性聚噻盼通過(guò)溶液方法制備的OFET，向人們展示了基于有機(jī)材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的廉價(jià)制備優(yōu)勢(shì)。繼而小分子及共軛齊聚物的OFET也被成功地研制出來(lái)。1990年，科學(xué)家報(bào)道了幾乎全部由有機(jī)材料組成的OFET，其中唯一使用無(wú)機(jī)化合物材料的是電極。
在1994年，Kawarada等使用CVD生長(zhǎng)的H終端金剛石襯底（100），通過(guò)空氣暴露轉(zhuǎn)移摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性，結(jié)合Al柵極的肖特基柵、Au源漏極的歐姆接觸，首次實(shí)現(xiàn)了H終端金剛石三端增強(qiáng)型FET的制備。在 2008 年，Yang 等人展示了一種與 CMOS 技術(shù)高度兼容的垂直全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GAAFET）制造工藝。2009年，Liao等首先使用Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3(PZT）鐵電材料作柵，Al2O3作為絕緣層，摻硼單晶金剛石半導(dǎo)體制備了FET。在 2011 年，Radisavljevic 等人使用機(jī)械剝離獲取單層二硫化鉬，并以此作為溝道材料制成雙柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。2015年，Zheng等人在傳統(tǒng)鰭狀場(chǎng)效應(yīng)管（FinFET）的基礎(chǔ)上構(gòu)造了一種新型垂直 MOSFET 結(jié)構(gòu)，命名為 iFinFET。
2016年，Kawae等使用偏氟乙烯（VDF）-三乙烯（Tr FE）共聚物鐵電材料作為柵極，制備了H終端金剛石FET。Li 等人于 2017 年展示了一種具有異質(zhì)柵氧化物的 U 形溝道 TFET，稱為 U-TFET。在 2018 年，Winkler 等人在 3D 芯片集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，展示了一種基于硅通孔（TSV）的垂直 MOSFET（TSVFET）。
2019年，Kwong等采用化學(xué)氣相沉積法制作了一種GO-FET生物傳感器件。同年，Kilpi 等人在納米線的基礎(chǔ)上通過(guò)引入 InAs/InGaAs 的異質(zhì)結(jié)構(gòu)以代替純硅從而進(jìn)一步提高基于納米線的垂直 MOSFET 的電學(xué)性能。
2022年通過(guò)鐵電柵極絕緣體和原子層沉積氧化物半導(dǎo)體通道，日本科學(xué)家制造了三維垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可用來(lái)生產(chǎn)高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件。
工作原理
場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理就是漏極—源極間流經(jīng)溝道的ID，用于柵極與溝道間的PN結(jié)形成的反偏柵極電壓控制。更正確地說(shuō)，ID流經(jīng)通路的寬度，即溝道截面積，由PN結(jié)反偏的變化和產(chǎn)生耗盡層擴(kuò)展的變化而進(jìn)行控制。在VGs=0的非飽和區(qū)域，由于過(guò)渡層的擴(kuò)展不太大，根據(jù)漏極—源極間所加VDs的電場(chǎng)情況，源極區(qū)域的某些電子將被漏極拉去，即從漏極到源極有電流ID流過(guò)。從柵極向漏極擴(kuò)展的過(guò)渡層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型，此時(shí)ID飽和，這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過(guò)渡層將溝道的一部分阻擋，并不是電流被切斷。
由于在過(guò)渡層沒(méi)有電子、空穴的自由移動(dòng)，在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性，通常電流也難以流動(dòng)。此時(shí)漏極—源極間的電場(chǎng)，實(shí)際上位于兩個(gè)過(guò)渡層接觸的漏極與柵極下部附近，漂移電場(chǎng)將拉動(dòng)高速電子通過(guò)過(guò)渡層。因漂移電場(chǎng)的強(qiáng)度幾乎不變，于是產(chǎn)生ID的飽和現(xiàn)象。其次，VGs向負(fù)的方向變化，讓VGs=VGs（off），此時(shí)過(guò)渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDs的電場(chǎng)大部分加到過(guò)渡層上，將電子拉向漂移方向的電場(chǎng)，只在靠近源極的很短部分，才使得電流不能流通。
結(jié)構(gòu)
場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本構(gòu)造普遍包含三個(gè)部分，即源極、漏極和柵極。
柵極上自組裝的敏感膜是組成傳感器最關(guān)鍵的元件，敏感膜會(huì)與溶液中的待測(cè)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)或物理吸附從而產(chǎn)生相應(yīng)的平衡電勢(shì)，利用萬(wàn)用電表或電位計(jì)等儀器便可測(cè)量其體系的電位值。
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管
在N（P）型硅基片兩側(cè)各作一個(gè)高濃度的P（N）型區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)在一起，引出電極稱為柵極G，兩端引出兩條極線，分別為源極S和漏極D。中間部分稱為N（P）溝道—導(dǎo)電溝道，耗盡層為N型半導(dǎo)體的稱為N溝道；耗盡層為P型半導(dǎo)體的稱為P溝道。
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管
N溝道增強(qiáng)型MOS管
N溝道增強(qiáng)型MOS管是以一塊摻雜濃度較低的P型硅材料作為襯底，在它的表面兩端分別制成兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū)，然后在P型硅表面生成一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，并在二氧化硅的表面及兩N+型區(qū)的表面分別安置3個(gè)鋁電極——柵極G、源極S、漏極D，就成了N溝道MOS管。通常將襯底B與源極S接在一起使用。
N溝道耗盡型MOS管
N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)與N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)相似。N溝道增強(qiáng)型MOS管在uGs=0時(shí)沒(méi)有導(dǎo)電溝道，只有當(dāng)uGs增大到UTH時(shí)，才形成導(dǎo)電溝道。而N溝道耗盡型MOS管在UGs=0時(shí)就存在原始導(dǎo)電溝道，它的導(dǎo)電溝道是在制造工藝過(guò)程中形成的。通常在SiO2絕緣層形成過(guò)程中，摻人一些金屬陽(yáng)離子，由于正離子的作用，產(chǎn)生了一個(gè)垂直于P型襯底的縱向電場(chǎng)，使漏、源之間的P型襯底表面上感應(yīng)出較多的電子，形成N型反型層原始導(dǎo)電溝道。
材料及工藝
工藝
標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管工藝將前面講過(guò)的結(jié)型器件的三道基本工序稍作順序上的變動(dòng)即可很容易地用于制備標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其工序歸納如下：
（1）擴(kuò)散工序：提供源、漏的擴(kuò)散掩膜，然后進(jìn)行n*的擴(kuò)散。
（2）絕緣體制備工序一。將裸露的源、漏用厚絕緣層進(jìn)行鈍化，然后再給柵極開(kāi)窗孔。
（3）絕緣體制備工序二。制備柵極的薄氧化絕緣層，接著還需要退火工序并開(kāi)出源、漏的窗孔。
（4）導(dǎo)體制備工序：對(duì)源、漏的窗孔以及整個(gè)表面進(jìn)行金屬化，然后進(jìn)行腐蝕（開(kāi)窗孔）做出相互連線。
材料
二維層狀材料
石墨烯作為最早被研究得二維層狀材料，其場(chǎng)效應(yīng)晶體管得到了廣泛其深入得研究。二硫化鉬（MoS2）是最早被研究報(bào)道的二維層狀半導(dǎo)體材料，第一個(gè)基于MoS2的MOSFET器件結(jié)構(gòu)如圖 。化鎢（WSe2）的出現(xiàn)為基于二維層狀半導(dǎo)體材料的p型MOSFET提供了可能的平臺(tái)。
有機(jī)半導(dǎo)體材料
當(dāng)有機(jī)半導(dǎo)體材料被應(yīng)用于電學(xué)器件時(shí),根據(jù)其載流子傳輸類型可分為三類:第一類以正電荷(自由空穴)為主要載流子p-型半導(dǎo)體材料,其分子的電子電離能(ionization 能量)接近于金屬的費(fèi)米能級(jí),使空穴能夠從費(fèi)米能級(jí)有效地注入到材料的最高已占軌道(HOMO)能級(jí)。第二類以負(fù)電荷(自由電子)為主要載流子n-型半導(dǎo)體材料,其分子的電子親和能(electronic affinity)接近于金屬的費(fèi)米能級(jí),電子能夠從費(fèi)米能級(jí)有效地注入到材料的最低未占軌道(LUMO)能級(jí)。第三類是既可以傳輸空穴又可以傳輸電子的雙極性(ambipolar)有機(jī)半導(dǎo)體材料。
主要分類
場(chǎng)效應(yīng)管主要有兩種類型：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JunctionFET，JFET）和金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（Metal-OxideSemiconductorFET，MOSFET），又稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管或MOS場(chǎng)效應(yīng)管。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管又分為N溝道耗盡型、N溝道增強(qiáng)型以及P溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型四大類。
按照溝道材料型和絕緣柵型，可分為N溝道和P溝道兩種；按照導(dǎo)電方式，可分為耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型又有增強(qiáng)型。當(dāng)柵壓為零時(shí)，有較大漏極電流的場(chǎng)效應(yīng)管稱為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；當(dāng)柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓才有漏極電流的場(chǎng)效應(yīng)管稱為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別是N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管具有三個(gè)電極：柵極、漏極、源極。電路符號(hào)中柵極的箭頭可理解為兩個(gè)PN結(jié)的正向?qū)щ姺较颉?/p>
以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理是：由于PN結(jié)中的載流子已經(jīng)耗盡，故PN結(jié)基本不導(dǎo)電，形成所謂的耗盡區(qū)。當(dāng)漏極電源電壓一定時(shí)，如果柵極負(fù)偏壓絕對(duì)值越大，PN結(jié)交界面所形成的耗盡區(qū)就越厚，則漏、源極之間導(dǎo)電的溝道越窄，漏極電流ID就越小；反之，如果柵極負(fù)偏壓絕對(duì)值較小，則溝道變寬，ID變大，所以用柵極電壓可以控制漏極電流的變化。
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別是N溝道型MOS場(chǎng)效應(yīng)管和P溝道型MOS場(chǎng)效應(yīng)管。無(wú)論是哪種類型，又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。
以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管為例，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理是：利用VGS來(lái)控制感應(yīng)電荷，通過(guò)改變由這些感應(yīng)電荷形成的導(dǎo)電溝道的狀況，達(dá)到控制漏極電流的目的。在制造MOS場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，通過(guò)特定工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，可以在交界面的另一側(cè)感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高濃度摻雜的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，這樣即使在VGs=0時(shí)也有較大的漏極電流。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量發(fā)生改變，導(dǎo)電溝道的寬窄隨之發(fā)生變化，因此，漏極電流隨著柵極電壓的變化而變化。
主要參數(shù)
直流參數(shù)
（1）開(kāi)啟電壓UGs（th）：開(kāi)啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，若柵源電壓Ucs小于開(kāi)啟電壓的絕對(duì)值，則場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。
（2）夾斷電壓UGs（off）：夾斷電壓是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)，當(dāng)UGs=UGS（off）時(shí)，漏極電流為零。
（3）飽和漏極電流IDss：IDss是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)，當(dāng)UGs=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。
（4）直流輸入電阻RGs（DC）：場(chǎng)效應(yīng)管的柵源輸入電阻。對(duì)于結(jié)型管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω；對(duì)于絕緣柵型管，RGs為109～1015Ω。
交流參數(shù)
（1）低頻跨導(dǎo)gm：低頻跨導(dǎo)反映了柵壓UGs對(duì)漏極電流iD的控制作用，gm是表征場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)，類似于雙極性三極管的β。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS（毫西門(mén)子）。它的大小與管子的工作點(diǎn)位置有關(guān)。
（2）級(jí)間電容：場(chǎng)效應(yīng)管的3個(gè)電極間均存在極間電容。通常CGs和CGD為1～3pF，而CDs為0.1～1pF。在高頻電路中，應(yīng)考慮極間電容的影響。
極限參數(shù)
（1）最大漏極電流IDM：場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)漏極電流的上限值，相當(dāng)于雙極型晶體管的ICM。
（2）柵—源擊穿電壓U(BR）GS：柵、源間所能承受的最大電壓。對(duì)于結(jié)型管是指柵極與溝道間的PN結(jié)的反向擊穿電壓，對(duì)于絕緣柵型管是指二氧化硅絕緣層擊穿時(shí)
（3）漏一源擊穿電壓U（BR）DS：場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入恒流區(qū)后，使iD驟然增大的ups值稱為漏一源擊穿電壓，uDs超過(guò)此值會(huì)使管子燒壞。
（4）最大耗散功率PDM：可由PDM=UDsID決定，與三極管的PCM相當(dāng)。
主要特點(diǎn)
（1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流型器件，它通過(guò)柵源電壓ucs來(lái)控制漏極電流ip。
（2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸人電阻很高（107～1012Ω），因此它的輸入端電流極小，可以認(rèn)為ic=0。
（3）場(chǎng)效應(yīng)管中只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，少子不參與導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好。
（4）場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路的電壓放大倍數(shù)要小于三極管組成的放大電路的電壓放大倍數(shù)。
（5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)。
（6）場(chǎng)效應(yīng)管噪聲小。
測(cè)試
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)
（1）引腳識(shí)別。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相當(dāng)于晶體管的基極，源極和漏極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬(wàn)用表置于“R×1k”擋，用兩表筆分別測(cè)量每?jī)蓚€(gè)管腳間的正、反向電阻。若某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等，且均為數(shù)千歐，則這兩個(gè)管腳為漏極D和源極S（可互換），余下的一個(gè)管腳即為柵極G。對(duì)于有4個(gè)管腳的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，另外一極是屏蔽極，使用中接地。
（2）判定柵極。用萬(wàn)用表黑表筆觸碰管子的一個(gè)電極，紅表筆分別觸碰另外兩個(gè)電極。如果兩次測(cè)出的阻值都很小，說(shuō)明均是正向電阻，則該管屬于N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，此時(shí)黑表筆接的是柵極。制造工藝決定了場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極是對(duì)稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區(qū)分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。（注意：不能用此方法判定絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，因?yàn)檫@種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測(cè)量時(shí)只要有少量的電荷，就可在極間電容上形成很高的電壓，容易損壞管子。）
（3）放大能力的估測(cè)。將萬(wàn)用表撥到“R×100”擋，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，相當(dāng)于給場(chǎng)效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓，這時(shí)表針指示的是D-S極間電阻值。然后用手指捏住柵極G，將人體的感應(yīng)電壓作為輸入信號(hào)加到柵極上，由于管子的放大作用，UDs和都將發(fā)生變化，也相當(dāng)于D-S極間電阻發(fā)生了變化，此時(shí)可觀察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極時(shí)表針擺動(dòng)幅度很小，說(shuō)明管子的放大能力較弱；若表針不動(dòng)，說(shuō)明管子已經(jīng)損壞。
由于人體感應(yīng)的50Hz交流電壓較高，而不同的場(chǎng)效應(yīng)管用電阻擋測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同，因此，用手捏住柵極時(shí)，表針可能向右擺動(dòng)，也可能向左擺動(dòng)。少數(shù)管子的RDs減小，使表針向右擺動(dòng)，多數(shù)管子的RDs增大，使表針向左擺動(dòng)。無(wú)論表針的擺動(dòng)方向如何，只要能有明顯的擺動(dòng)，就說(shuō)明管子具有放大能力。
本方法也適用于檢測(cè)MOS管。為了保護(hù)MOS場(chǎng)效應(yīng)管，必須用手握住螺釘旋具的絕緣柄，用金屬桿去觸碰柵極，以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極上損壞管子。MOS管每次測(cè)量完畢，-S結(jié)電容上都會(huì)充有少量電荷，建立起電壓UGs，再接著測(cè)試時(shí)表針可能不動(dòng)，此時(shí)將G-S極間短路一下即可。
MOS場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)
（1）準(zhǔn)備工作。測(cè)量之前，把人體對(duì)地短路，之后才能摸觸MOS-FET的引腳。最好在手腕上接一條導(dǎo)線與大地連通，使人體與大地保持等電位，再把管腳分開(kāi)，然后拆掉導(dǎo)線。
（2）判定電極。將萬(wàn)用表撥到“R×100”擋，首先確定柵極。若某腳與其他腳間的電阻都是無(wú)窮大，證明此腳就是柵極G。交換兩表筆重新測(cè)量，-D之間的電阻值應(yīng)為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為D極，紅表筆接的是S極。日本生產(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品，S極與管殼接通，據(jù)此很容易確定S極。
（3）檢查放大能力（跨導(dǎo)）。將G極懸空，黑表筆接D極，紅表筆接S極，然后用手指觸摸G極，表針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩個(gè)柵極G1和G2。為了進(jìn)行區(qū)分，可用手分別觸摸G1和G2極，其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)幅度較大的為G2極。有的MOS-FET管，在G-S極間增加了保護(hù)二極管，平時(shí)就不需要把各引腳短路了。
VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)
（1）判定柵極G。將萬(wàn)用表撥至“R×1k”擋，分別測(cè)量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現(xiàn)某腳與其余兩腳之間的電阻均呈無(wú)窮大，且交換兩表筆后仍為無(wú)窮大，則證明此腳為G極，因?yàn)樗土硗鈨蓚€(gè)管腳間是絕緣的。
（2）判定源極S和漏極D。在源、漏極之間有一個(gè)PN結(jié)，因此根據(jù)PN結(jié)的正、反向電阻存在差異，可識(shí)別S極與D極。用交換表筆法測(cè)2次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆接的是S極，紅表筆接的是D極。
（3）測(cè)量漏極和源極通態(tài)電阻RDs（on）。將G-S極短路，選擇萬(wàn)用表的“R×1”擋，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。由于測(cè)試條件不同，測(cè)出的RDs（on）值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。
（4）檢查跨導(dǎo)。將萬(wàn)用表置于“R×1k(或R×100）”擋，紅表筆接S極，黑表筆接D極，手持螺釘旋具的絕緣柄去觸碰柵極，表針應(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)越大，說(shuō)明管子的跨導(dǎo)越高。
與晶體管的比較
（1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源獲取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源獲取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。
（2）場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以稱為單極型器件，而晶體管是既利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電，所以被稱為雙極型器件。
（3）有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，它的靈活性比晶體管好。
（4）場(chǎng)效應(yīng)管能在電流很小和電壓很低的條件下工作，且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。
應(yīng)用領(lǐng)域
（1）高阻抗／低電流電路。用在緩沖器中或晶體管基極電流與有限輸入阻抗限制其性能的放大器中。在電路的實(shí)現(xiàn)上，雖然可用分立FET，但實(shí)際傾向于使用由FET構(gòu)成的集成電路。在一些晶體管電路設(shè)計(jì)中，則可用FET代替晶體管，用作高阻抗的輸入前端，而其他電路則全部使用FET。
（2）模擬開(kāi)關(guān)。MOSFET是極好的壓控模擬開(kāi)關(guān)。同樣地，一般使用專門(mén)的“模擬開(kāi)關(guān)集成電路，而不必用分立器件來(lái)搭建電路。
（3）數(shù)字電路。MOSFET壟斷了微處理器、存儲(chǔ)器以及眾多高性能數(shù)字邏輯電路。它們還專門(mén)用在微功率邏輯電路中。同樣，MOSFET也以集成電路的形式出現(xiàn)。
（4）功率轉(zhuǎn)換。在負(fù)載轉(zhuǎn)換方面，MOSFET功放管比普通功放晶體管更好。但應(yīng)使用分立FET功放管來(lái)實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換功能。
（5）可變電阻和電流源。在漏極電流曲線的線性區(qū)，F(xiàn)ET的特性表現(xiàn)類似壓控電阻；而在“飽和”區(qū)，可將它看成是壓控電流源。可在電路設(shè)計(jì)中充分利用FET的這一特性。
（6）晶體管的一般替代品。FET可用在振蕩器、放大器、穩(wěn)壓器以及射頻電路中，在這些電路中也通常用到晶體管。FET并不能總保證電路性能更優(yōu)異，其有時(shí)會(huì)更好，有時(shí)則不行。
發(fā)展趨勢(shì)
場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)展方向之一就是傳統(tǒng)器件的微型化，制備小尺度空間的器件，比如納米級(jí)尺寸的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。通過(guò)縮小幾何尺寸就可以在給定直徑的晶圓上得到更多的電路去降低每個(gè)器件和每個(gè)電路的制造成本。尋找新的器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高柵極電壓對(duì)溝道電流的影響，降低器件的短溝道效應(yīng)。一些新型的材料如石墨，石墨材料的價(jià)鍵帶和導(dǎo)電帶之間的重疊極其小，實(shí)際上是一層碳，每個(gè)原子核位于六邊形的頂點(diǎn)，通過(guò)共價(jià)鍵牢固連接在 3 個(gè)相鄰原子核，因此就形成了一個(gè)平面網(wǎng)格，像個(gè)鐵絲網(wǎng)。另外可以在器件的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，由傳統(tǒng)的橫向結(jié)構(gòu)向垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
參考資料 >
中科院微電子所在晶體管器件物理領(lǐng)域取得進(jìn)展 .電子工程專輯.2023-11-23