基础电子器件 - MOSFET

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FET 具有一些缺点，例如漏极电阻高、输入阻抗适中以及运行速度较慢。为了克服这些缺点，发明了MOSFET，它是一种先进的FET。

MOSFET 代表金属氧化物硅场效应晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。这也称为 IGFET，意思是绝缘栅场效应晶体管。FET 可在耗尽型和增强型操作模式下工作。下图显示了实际 MOSFET 的样子。

MOSFET 的构造

MOSFET 的结构与 FET 有点相似。氧化物层沉积在与栅极端子连接的基板上。该氧化层充当绝缘体（SiO ₂与衬底绝缘），因此 MOSFET 还有一个名称：IGFET。在 MOSFET 的结构中，轻掺杂衬底上扩散有重掺杂区域。根据所使用的基板，它们被称为P 型和N 型MOSFET。

下图显示了 MOSFET 的结构。

栅极电压控制 MOSFET 的操作。在这种情况下，由于栅极与沟道绝缘，因此可以在栅极上施加正电压和负电压。在负栅极偏置电压下，它充当耗尽型 MOSFET，而在正栅极偏置电压下，它充当增强型 MOSFET。

MOSFET的分类

根据结构中使用的材料类型和操作类型，MOSFET 的分类如下图所示。

分类完毕，我们来看看MOSFET的符号。

N沟道MOSFET简称为NMOS。N 沟道 MOSFET 的符号如下所示。

P沟道MOSFET简称为PMOS。P 沟道 MOSFET 的符号如下所示。

现在，让我们了解一下 N 沟道 MOSFET 的结构细节。通常会考虑使用 NChannel MOSFET 进行解释，因为这种情况最常用。此外，无需提及一种类型的研究也可以解释另一种类型。

N 沟道 MOSFET 的构造

让我们考虑一个 N 沟道 MOSFET 以了解其工作原理。采用轻掺杂P型衬底，其中扩散有两个重掺杂N型区域，作为源极和漏极。在这两个N+区之间，发生扩散形成N沟道，连接漏极和源极。

在整个表面上生长一层薄薄的二氧化硅 (SiO ₂ ) ，并制作孔以绘制漏极端子和源极端子的欧姆接触。铝导电层覆盖整个沟道，在该SiO ₂层上从源极到漏极构成栅极。SiO ₂基板连接到公共端子或接地端子。

由于其结构，MOSFET 的芯片面积比 BJT 小得多，与双极结型晶体管相比，仅为 5%。该设备可以在多种模式下运行。它们是耗尽模式和增强模式。让我们尝试了解细节。

N 沟道（耗尽型）MOSFET 的工作原理

目前，我们的想法是，与 FET 不同，栅极和沟道之间不存在 PN 结。我们还可以观察到，扩散沟道N（两个N+区域之间）、绝缘电介质SiO ₂和栅极的铝金属层一起形成平行板电容器。

如果NMOS必须工作在耗尽模式，则栅极端应为负电位，漏极为正电位，如下图所示。

当栅极和源极之间没有施加电压时，由于漏极和源极之间的电压，一些电流会流动。让一些负电压施加在V _GG处。然后少数载流子即空穴被吸引并沉积在SiO ₂层附近。但多数载流子（即电子）会被排斥。

当V _GG处有一定量的负电势时，一定量的漏极电流I _D从源极流到漏极。当该负电势进一步增加时，电子耗尽并且电流I _D减小。因此，施加的V _GG越负，漏极电流I _D的值就越小。

靠近漏极的沟道比源极处的沟道（如 FET）更加耗尽，并且由于这种效应，电流会减少。因此它被称为耗尽型MOSFET。

N沟道MOSFET的工作（增强模式）

如果我们可以改变电压V _GG的极性，则相同的MOSFET可以工作在增强模式下。因此，让我们考虑栅源电压V _GG为正的MOSFET ，如下图所示。

当栅极和源极之间没有施加电压时，由于漏极和源极之间的电压，一些电流会流动。让一些正电压施加在V _GG处。然后，少数载流子（即空穴）被排斥，而多数载流子（即电子）被吸引向SiO ₂层。

当V _GG处有一定量的正电位时，一定量的漏极电流I _D从源极流到漏极。当该正电势进一步增加时，电流I _D由于来自源的电子流动而增加，并且由于施加在V _GG处的电压而进一步推动这些电流。因此，施加的V _GG越正，漏极电流I _D的值就越大。由于电子流的增加，电流得到增强，比耗尽模式更好。因此，这种模式被称为增强型 MOSFET。

P沟道MOSFET

PMOS 的结构和工作原理与 NMOS 相同。采用轻掺杂的n型衬底，其中扩散有两个重掺杂的P+区域。这两个 P+ 区域充当源极和漏极。SiO ₂薄层生长在表面上。穿过该层切孔以与 P+ 区域接触，如下图所示。

PMOS的工作原理

当栅极端子被给予比漏源电压V _DD更负的V _GG电位时，由于P+区域的存在，空穴电流通过扩散的P沟道增加，并且PMOS工作在增强模式。

当栅极端子被给予比漏源电压V _DD更高的V _GG的正电位时，则由于排斥而发生耗尽，由此电流的流动减少。因此PMOS工作在耗尽模式。尽管结构不同，但这两种类型的 MOSFET 的工作原理相似。因此，随着电压极性的变化，这两种类型都可以在两种模式下使用。

通过了解漏极特性曲线可以更好地理解这一点。

漏极特性

MOSFET 的漏极特性由漏极电流I _D和漏极源极电压V _DS绘制。不同输入值的特性曲线如下所示。

实际上，当V _DS增加时，漏极电流I _D应该增加，但由于施加了V _GS，漏极电流被控制在一定水平。因此，栅极电流控制输出漏极电流。

传输特性

传输特性定义了耗尽型和增强型模式下V _DS值随I _D和V _{GS变化的变化。}下面的传输特性曲线是漏极电流与栅极至源极电压的关系。

BJT、FET 和 MOSFET 的比较

现在我们已经讨论了以上三个，让我们尝试比较它们的一些属性。

到目前为止，我们已经讨论了各种电子元件及其类型以及它们的构造和工作原理。所有这些组件在电子领域都有各种用途。要了解如何在实际电路中使用这些组件的实用知识，请参阅电子电路教程。