半导体器件 - MOSFET


金属氧化物半导体场效应晶体管(也称为 MOSFET)具有更大的重要性,是 FET 系列的新成员。

它具有轻掺杂的 P 型衬底,其中扩散有两个重掺杂的 N 型区域。该设备的一个独特之处在于其门结构。这里,栅极与通道完全绝缘。当电压施加到栅极时,它将产生静电电荷。

此时,不允许电流在器件的栅极区域流动。此外,栅极是器件中涂有金属的区域。一般采用二氧化硅作为栅极和沟道之间的绝缘材料。由于这个原因,它也被称为绝缘栅 FET。有两种广泛使用的 MOSFET:i) 耗尽型 MOSFET;ii) 增强型 MOSFET。

MOSFET

下图显示了 n 沟道 D-MOSFET 和符号。栅极形成电容器,其中栅极作为一个极板,另一极板为沟道,以SiO 2层作为电介质。当栅极电压变化时,电容器的电场发生变化,从而改变n沟道的电阻。

在这种情况下,我们可以向栅极施加正电压或负电压。当 MOSFET 以负栅极电压工作时,称为耗尽模式;以正栅极电压工作时,称为 MOSFET 的增强工作模式。

MOSFET

耗尽模式

下图显示了耗尽操作模式下的 n 沟道 D-MOSFET。

耗尽模式操作

其操作如下 -

  • 大多数电子在栅极上可用,因为栅极是负的并且它排斥n沟道的电子。

  • 此作用会在通道部分留下正离子。换句话说,n沟道的一些自由电子被耗尽。因此,可用于通过n沟道传导电流的电子数量较少。

  • 栅极处的负电压越大,从源极到漏极的电流越小。因此,我们可以通过改变栅极上的负电压来改变n沟道的电阻以及从源极到漏极的电流。

强化模式

下图显示了增强工作模式下的 n 沟道 D MOSFET。这里,栅极充当电容器。然而,在这种情况下,门是正的。它激发n沟道中的电子,并且n沟道中的电子数量增加。

正栅极电压增强或增加沟道的电导率。栅极上的正电压越大,从源极到漏极的传导越大。

因此,我们可以通过改变栅极上的正电压来改变n沟道的电阻以及从源极到漏极的电流。

强化模式

D-MOSFET 的传输特性

下图显示了 D-MOSFET 的传输特性。

当 V GS变为负值时,I D降至 I DSS值以下,直到达到零且 V GS = V GS(关闭)(耗尽模式)。当V GS为零时,因为栅极和源极端子短路,所以I D = I DSS 。当 V GS为正并且 MOSFET 处于增强模式时, I D增加到高于 I DSS的值。

传输特性