
【化】 field effect
field; a level open space; scene
【化】 field
【医】 field; plant
effect
【医】 effect
场效应(Field Effect)是电子工程与半导体物理中的核心概念,指通过电场控制半导体材料中载流子(电子或空穴)的分布与导电能力,从而调控电流的现象。其核心原理在于利用外加电压形成的电场,改变半导体内部导电沟道的状态。以下是详细解释:
电场调控导电性
场效应通过施加垂直于电流方向的电场(栅极电压),在半导体表面形成耗尽层或反型层,改变源极与漏极之间的导电沟道宽度。例如,在N沟道器件中,正栅压吸引电子形成导电沟道,负栅压则排斥电子形成耗尽区 。
载流子类型区分
此特性源于半导体材料的掺杂类型(如硅中的磷或硼)。
能带弯曲效应
栅极电压改变半导体表面能带结构。强正栅压使能带向下弯曲,导带接近费米能级,电子浓度升高形成反型层(导电沟道)。公式表示为: $$ Q{inv} = C{ox} cdot (VG - V{th}) $$ 其中 $Q{inv}$ 为反型层电荷密度,$C{ox}$ 是氧化层电容,$V_{th}$ 为阈值电压 。
阈值电压($V_{th}$)
开启导电沟道所需的最小栅压,由氧化层厚度、掺杂浓度和材料功函数共同决定: $$ V{th} = Phi{ms} + 2Phi_F + frac{sqrt{4qvarepsilon_s N_A PhiF}}{C{ox}} $$ $Phi_F$ 为费米势,$N_A$ 是受主浓度 。
场效应晶体管(FET)
MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应管)利用绝缘栅极电场控制漏源电流,是现代集成电路的基础元件,具有高输入阻抗、低功耗特性 。
传感器与探测器
电场对半导体表面态的调制可用于气体传感器(如吸附气体分子改变表面电势)和辐射探测器(载流子被辐射激发)。
权威参考来源:
- 《英汉电子工程词典》(科学出版社)对"场效应"的术语定义
- Neamen, D. A. Semiconductor Physics and Devices(半导体物理与器件)第4版,第6章场效应理论
- Sze, S. M. Physics of Semiconductor Devices(半导体器件物理)中MOS结构分析
- 国际电气电子工程师学会(IEEE)期刊 Electron Device Letters 关于场效应器件模型的研究
注:因无有效可验证链接,此处仅标注文献来源,建议读者通过学术数据库获取原文。
场效应是一个多学科概念,主要应用于电子学、化学和物理学领域。以下是其详细解释:
场效应(Field Effect)指通过电场或电压作用改变材料或系统的物理或化学性质的现象。在电子学中,它表现为通过电场调控电流传输特性;在化学中,则指分子内取代基通过空间静电作用影响反应中心的过程。
电子学原理
通过外加电场改变材料中的电荷分布和载流子浓度,进而控制电流。例如场效应晶体管(FET)包含源极、漏极和栅极,栅极电压变化会调节源漏极之间的导电通道宽度。公式可简化为:
$$
ID = mu C{ox} frac{W}{L} (V{GS} - V{TH})
$$
其中$ID$为漏极电流,$mu$为载流子迁移率,$V{GS}$为栅源电压,$V_{TH}$为阈值电压。
化学原理
取代基在空间产生静电场,影响分子其他部位的电子云分布。这种作用距离通常超过两个C-C键长,方向与诱导效应相似。
与诱导效应(通过σ键传递电子效应)不同,场效应通过空间静电作用实现,二者常同时存在但作用机制不同。
若需了解更多场效应晶体管类型(如MOSFET、JFET)或具体化学案例,中的技术解析。
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