MOSFET

MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种在施加电场下工作的晶体管。MOSFET中绝缘氧化层的存在使其有别于其他类型的晶体管。

MOSFET是一种FET（场效应晶体管）。其他类型的FET包括MESFET（金属半导体场效应晶体管）、MISFET（金属绝缘体半导体场效应晶体管）和JFET（结型场效应晶体管）。

MOSFET的优点

让我们讨论一下MOSFET相对于其他类型FET的一些优点。

• 高输入阻抗
• 非常小的漏电流
• 低电压操作
• 高效率
• 高开关速度
• 更好的热稳定性

MOSFET的符号如下所示

MOS（金属氧化物半导体）与BJT（双极结型晶体管）类似，分为P型和N型。但是，如果我们要组合P型和N型，则会产生另一种MOS类别，称为CMOS（互补场效应晶体管）。

由于以下原因，MOSFET是IC（集成电路）技术的重要组成部分

• 创建场效应晶体管所需的加工步骤少于双极结型晶体管。
• 低功耗。
• 这些晶体管需要非常低的工作电流。
• 此类晶体管的元件不需要任何特殊隔离，这节省了大量的芯片空间。

IGFET（绝缘栅场效应晶体管）有时被称为MOSFET。MOSFET的栅极终端由一层薄薄的二氧化硅绝缘材料绝缘。

MOSFET广泛应用于各种领域，例如

• 射频
• 直流电机调节
• 电子信号放大。
• 它还可以充当电容器、电感器或电阻器等无源元件。
• 由于高开关速度，应用于斩波电路
• 稳压器
• 电流控制设备
• 微处理器
• 存储设备，例如SD存储卡

MOSFET的工作原理

让我们详细讨论MOSFET及其工作原理。

MOSFET有四个端子，称为漏极（D）、源极（S）、栅极（G）和衬底（SS）。栅极的作用是控制电流或电荷载流子的流动。漏极的作用是接收源极发出的电荷载流子。

漏极终端相对于源极始终施加正电位。我们可以在栅极施加正电位或负电位。MOSFET根据衬底分为p型和n型。如果p型半导体用作沟道，则衬底将是相反的极性，即n型半导体。这种类型称为p型MOSFET。如果n型半导体用作沟道，则衬底将是p型。它被称为n型MOSFET。

n沟道MOSFET称为NMOS，而p沟道MOSFET称为PMOS。

金属氧化物半导体这个名称表示一种绝缘材料，称为二氧化硅，一种金属氧化物。

沟道存在于漏极和源极之间。当我们在栅极终端施加负偏压时，MOSFET被称为耗尽型MOSFET。当施加正偏压时，它被称为增强型MOSFET。

让我们详细讨论这些类型。

MOSFET的类型

MOSFET有两种类型，列举如下

1. 耗尽型MOSFET
2. 增强型MOSFET

耗尽型MOSFET

施加在栅极的电压会耗尽沟道，因此它被称为耗尽型MOSFET。

耗尽型MOSFET进一步分为

• n沟道耗尽型MOSFET
• p沟道耗尽型MOSFET

在n型耗尽型MOSFET中，栅极的负电压会降低漏极电流。而在p型耗尽型MOSFET中，栅极的正电压会降低漏极电流。

让我们详细讨论一下。

N沟道耗尽型MOSFET

构建

n沟道MOSFET的符号如下所示

n沟道耗尽型MOSFET的结构如下所示

让我们了解n沟道耗尽型MOSFET的结构。

• 漏极到偏置源极电压表示为VDS，栅极到偏置源极电压表示为VGS。
• 漏极端为正，栅极端相对于源极是负的。
• N沟道主要载流子是电子。
• 衬底是p型半导体，主要由空穴（带正电）组成。
• 在n沟道附近的衬底上方绘制一层薄薄的氧化硅层，如上所示。
• 在源极和漏极终端之间的SiO2（二氧化硅）层上进行铝金属化，形成栅极终端。

原则

MOSFET的栅极终端可以施加正偏压或负偏压。当栅极终端施加负偏压时，它会排斥n沟道中的电子。电子向衬底移动。这导致由于电荷载流子的移动而耗尽沟道。

工作方式

当MOSFET的栅极端施加负偏压时，它会排斥n沟道的负电荷离子（同种电荷相斥），并吸引其少数载流子（空穴）。负电荷离子向衬底移动。少数载流子聚集在MOSFET的氧化硅层附近。

衬底中存在的空穴吸引这些负电荷离子（异种电荷相吸）。由于电荷载流子的移动，沟道区域被耗尽。这种耗尽由于电荷载流子的减少而影响漏极电流的流动。

栅极越负，漏极电流（ID）就越小。

耗尽后的n沟道MOSFET将显示为

P沟道耗尽型MOSFET

构建

p沟道MOSFET的符号如下所示

p沟道耗尽型MOSFET的结构如下所示

p型耗尽型MOSFET的结构相似，只是极性相反。考虑以下几点

• 漏极到偏置源极电压表示为VDS，栅极到偏置源极电压表示为VGS。
• 漏极端为正，栅极端相对于源极也是正的。
• p沟道主要载流子是空穴。
• 衬底是n型半导体，主要由电子（带负电）组成。
• 在p沟道附近的衬底上方绘制一层薄薄的氧化硅层，如上所示。
• 在源极和漏极终端之间的SiO2（二氧化硅）层上进行铝金属化，形成栅极终端。

原则

当栅极终端施加正偏压时，它会排斥p沟道中的多数电荷载流子（空穴）。由于电荷载流子离开沟道，沟道被耗尽。这种耗尽由于电荷载流子的减少而影响漏极电流的流动。

工作方式

当MOSFET的栅极端施加正偏压时，它会排斥p沟道的正电荷离子（同种电荷相斥）。正电荷离子向衬底移动。n型衬底中存在的电子吸引这些正电荷离子（异种电荷相吸）。由于电荷载流子的移动，沟道区域被耗尽。

漏极特性

漏极电流随漏源电压的变化称为漏极特性。漏极电流随栅源电压的变化称为转移特性。

在这里，我们将讨论p型和n型耗尽型MOSFET的漏极特性。

1. N型耗尽型MOSFET

栅源电压（VGS）等于夹断电压，使漏极电流为零。

VGS = -VP（截止状态）

2. P型耗尽型MOSFET

正值导致漏极电流减小。零漏极电流的夹断电压写为

VGS = +VP（截止状态）

增强型MOSFET

增强型和耗尽型MOSFET的区别在于，它在源极和漏极之间没有沟道。这意味着增强型MOSFET有两个扩散窗口。

增强型MOSFET进一步分为

• n沟道增强型MOSFET
• p沟道增强型MOSFET

让我们详细讨论一下。

N沟道增强型MOSFET

构建

n沟道MOSFET的符号如下所示

n沟道增强型MOSFET的结构如下所示

让我们了解n沟道增强型MOSFET的结构。

• 漏极到偏置源极电压表示为VDS，栅极到偏置源极电压表示为VGS。
• 栅极端相对于源极是正的。
• 衬底是p型半导体，主要由空穴（带正电）组成。
• 如上所示，在二氧化硅层中制作了两个N++扩散窗口。它主要载流子是电子。
• 如上所示，在n沟道附近的p型衬底上方绘制了一层薄薄的氧化硅层。
• 在源极和漏极终端之间的SiO2（二氧化硅）层上进行铝金属化，形成栅极终端。

原则

当栅极终端施加正偏压时，它会排斥p衬底中的多数电荷载流子（空穴）。这是因为除了两个扩散窗口外，源极和漏极之间没有沟道。

工作方式

正偏压施加到MOSFET的栅极端，它将多数载流子空穴从漏极和源极之间的区域排斥出去。这使得该区域留下带负电的受主，只有少数载流子。

正栅极偏压还会从源极窗口吸引电子。因此，在漏极和源极区域之间形成了一个新的负电荷区域。漏极电流在该区域流动，并随着VDS的增加而增加。由于在p型衬底中形成n型沟道，漏极和源极之间形成的区域也称为反型层。MOSFET现在将显示为

漏极电压的增加导致沟道宽度从漏极侧减小，这是由于负电荷载流子的突然饱和。

P沟道增强型MOSFET

p沟道增强型MOSFET的工作原理与n沟道增强型MOSFET相反。

构建

p沟道增强型MOSFET的符号如下所示

p沟道增强型MOSFET的结构如下所示

让我们了解p沟道增强型MOSFET的结构。

• 漏极到偏置源极电压表示为VDS，栅极到偏置源极电压表示为VGS。
• 栅极端相对于源极是负的。
• 当栅极电压为负时晶体管将导通，当栅极电压为零时晶体管将截止。
• 如上所示，在二氧化硅层中制作了两个P+掺杂扩散窗口。它主要载流子是空穴。
• 衬底是n型半导体，主要由电子（带负电）组成。
• 如上所示，在p沟道附近的衬底上方绘制了一层薄薄的氧化硅层。
• 在源极和漏极终端之间的SiO2（二氧化硅）层上进行铝金属化，形成栅极终端。

原则

当栅极终端施加负偏压时，它会排斥n衬底中的多数电荷载流子（电子）。这是因为除了两个扩散窗口外，源极和漏极之间没有沟道。

由于极性反转，漏极电流随着负栅极电压的增加而增加。

工作方式

负偏压施加到MOSFET栅极端，它将多数载流子电子从漏极和源极之间的区域排斥出去。这使得该区域留下带正电的施主离子，只有少数载流子。

负栅极偏压还会从P+源极窗口吸引空穴。因此，在漏极和源极区域之间形成了一个新的正电荷区域。

1. N型增强型MOSFET

通过反型层的电导率与：VGS -VT成正比，其中VT是阈值电压。

当施加VDS时，ID根据沟道中电子的密度流动。VGS电压的增加导致电子密度的增加。

如果，

VGS < VT：ID将等于零。

VGS = VT：由于感应沟道形成，ID开始上升。

2. P型增强型MOSFET

转移特性与n型相反。只有当-VGS超过VT时，ID（漏极电流）才会增加。如下所示

重要术语和差异

让我们讨论一些重要术语以及不同类型晶体管之间的差异。

耗尽型MOSFET vs. 增强型MOSFET

我们已经详细讨论了耗尽型和增强型MOSFET。让我们讨论一些主要区别。

MOSFET vs. BJT

MOSFET vs. JFET

MOSFET vs. MESFET

MISFET

MISFET代表金属绝缘体半导体场效应晶体管。MISFET的结构与JFET相似。它有三个终端，称为漏极（D）、源极（S）和栅极（G）。它是金属-绝缘体-半导体的组合，构成了一个场效应晶体管。

施加在栅电极上的电压控制漏极电流。绝缘体用于将栅极与沟道隔离。因此，该器件被称为金属绝缘体半导体场效应晶体管。MISFET用于各种应用，例如功率放大器、频率转换器等。

CMOS

CMOS或互补金属氧化物半导体通过NMOS和PMOS场效应晶体管的组合制造。在CMOS结构中，PMOS充当NMOS晶体管的负载。NMOS FET被设计为作为正逻辑元件工作，PMOS FET被设计为作为负逻辑元件工作。