电子电路基础 - MOSFET
-
简述
FETS 有一些缺点，例如高漏极电阻、中等输入阻抗和较慢的操作。为了克服这些缺点，发明了一种先进的 FET MOSFET。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 在耗尽和增强模式下运行。下图显示了实际 MOSFET 的外观。
-
MOSFET的构造
MOSFET 的结构有点类似于 FET。氧化层沉积在与栅极端子连接的衬底上。该氧化层充当绝缘体（sio 2与衬底绝缘），因此 MOSFET 有另一个名称为 IGFET。在 MOSFET 的结构中，轻掺杂的衬底上扩散有重掺杂的区域。根据所使用的衬底，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 的工作。在这种情况下，可以在栅极上施加正电压和负电压，因为它与通道绝缘。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 分类如下图所示。
分类结束后，让我们来看看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，让我们来看看 N 沟道 MOSFET 的结构细节。通常考虑使用 N 沟道 MOSFET 来进行解释，因为它最常被使用。另外，不用说，一种类型的研究也解释了另一种类型。 -
N沟道MOSFET的构造
让我们考虑一个 N 沟道 MOSFET 来了解它的工作原理。取一个轻掺杂的P型衬底，其中扩散了两个重掺杂的N型区域，作为源极和漏极。在这两个 N+ 区域之间，发生扩散以形成 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 )，并制作孔以绘制用于漏极和源极端子的欧姆接触。铝的导电层覆盖在整个通道上，在这个SiO 2层上，从源极到漏极，构成栅极。SiO 2衬底连接到公共或接地端子。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，其占用率仅为 5%。该设备可以在模式下运行。它们是耗尽和增强模式。让我们尝试进入细节。 -
N沟道（耗尽型）MOSFET的工作
目前，我们认为在栅极和沟道之间不存在 PN 结，这与 FET 不同。我们还可以观察到，扩散沟道N（两个N+区域之间）、绝缘介质SiO 2和栅极的铝金属层共同形成了一个平行板电容器。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上。然后少数载流子即空穴被吸引并在SiO 2层附近沉降。但是多数载流子，即电子被排斥。在V GG处具有一定量的负电位时，一定量的漏极电流I D流过源极到漏极。当这个负电位进一步增加时，电子被耗尽，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。靠近漏极的通道比源极（如 FET）消耗得更多，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，相同的 MOSFET 可以在增强模式下工作。因此，让我们考虑栅极源极电压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上。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。在V GG处具有一定量的正电位时，一定量的漏极电流I D流过源极到漏极。当该正电位进一步增加时，电流I D由于来自源极的电子流动而增加，并且由于施加在V GG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。由于电子流的增加比耗尽模式更好，电流得到增强。因此，这种模式被称为增强模式 MOSFET。 -
P - 沟道 MOSFET
PMOS 的构造和工作与 NMOS 相同。取一个轻掺杂的n-衬底，其中扩散了两个重掺杂的P+区。这两个 P+ 区域用作源极和漏极。在表面上生长一层薄薄的SiO 2 。通过该层切割孔以与 P+ 区域接触，如下图所示。
PMOS的工作
当栅极端子在V GG处被赋予比漏源电压V DD负电位时，由于存在 P+ 区域，空穴电流通过扩散的 P 沟道增加，PMOS 工作在增强模式。当栅极端子在V GG处被赋予比漏源电压V DD的正电位时，由于排斥，发生耗尽，因此电流减少。因此 PMOS 在耗尽模式下工作。尽管结构不同，但两种类型的 MOSFET 的工作原理是相似的。因此，随着电压极性的变化，这两种类型都可以在两种模式中使用。这可以通过了解漏极特性曲线来更好地理解。 -
排水特性
MOSFET 的漏极特性在漏极电流I D和漏源电压V DS之间绘制。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，但是由于施加了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V DS值随I D和V GS在耗尽模式和增强模式中的变化而变化。下面的传输特性曲线是针对漏极电流与栅源电压的关系绘制的。
-
BJT、FET、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。条款 BJT 完毕 MOSFET 设备类型 电流控制 电压控制 电压控制 电流 双极 单极 单极 终端 不可互换 可互换 可互换 操作模式 无模式 仅耗尽模式 增强和耗尽模式 输入阻抗 低的 高的 很高 输出电阻 缓和 缓和 低的 运行速度 低的 缓和 高的 噪音 高的 低的 低的 热稳定性 低的 更好的 高的 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方式。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，请参阅电子电路教程。