一文了解MOSFET分类、工作原理及工作区域

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一文了解MOSFET分类、工作原理及工作区域

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https://www.sekorm.com/news/529651455.html

MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是现代电子学中一种重要的半导体器件，广泛应用于各种电子电路中。本文将详细介绍MOSFET的基本概念、分类、工作原理及其工作区域，帮助读者全面了解这一重要器件。

一、MOSFET的概念

MOSFET，全称为金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET），是一种利用电场效应来控制导通和关断的晶体管，广泛应用于电子电路中。

二、MOSFET的分类

MOSFET是一种四端器件，由源极(S)、漏极(D)、栅极(G)和衬底(B)组成。通常，衬底与源极相连，从而简化为三端器件。根据操作类型，MOSFET主要分为增强型和耗尽型两大类。

在材料上，MOSFET分为n沟道和p沟道两种。结合操作类型，我们得到以下四种不同类型的MOSFET：N沟道耗尽型MOSFET、P沟道耗尽型MOSFET、N沟道增强型MOSFET、P沟道增强型MOSFET。

2.1、N沟道MOSFET

N沟道MOSFET称为NMOS，用以下符号表示。

图1.N沟道MOS管符号图

根据MOSFET的内部结构，在耗尽型MOSFET中，栅极（G）、漏极（D）、和源极（S）、引脚是物理连接的，而增强型它们是物理分离的，这就是为什么增强模式MOSFET的符号中间有虚线。

2.2、P 沟道MOSFET

P沟道MOSFET称为PMOS，用以下符号表示。

图2.P沟道MOS管电路符号图

在四种类型的MOSFET中，N沟道增强型MOSFET是最常用的MOSFET。

三、MOSFET的工作原理

通过在栅极施加电压，能够在源极和漏极之间形成一个电场，控制电流的导通与截止。当栅极电压超过某一阈值电压时，MOSFET进入导通状态，允许电流从漏极流向源极；反之，当栅极电压低于阈值电压时，MOSFET截止，阻止电流流动。

图3. MOSFET的结构图

当漏源电压（VDS）为正，且栅极未施加电压时，漏极的PN结处于反向偏置状态，而源极的PN结则处于正向偏置状态。此时，漏极与源极之间无电流流过。

若在栅极施加正电压，P型衬底中的少数载流子（电子）开始被吸引到栅极附近，从而在两个n+区域之间形成导电沟道，即图3中的N型区域。在栅极接触处积累的自由电子的数量取决于施加的正电压的强度。施加的电压越高，由于电子积累而形成的 n 沟道宽度越大，超过阈值电压时将产生漏极电流。

在未对栅极施加电压的情况下，除了由少数载流子引起的微弱电流外，MOSFET中几乎无电流流动。这个使MOSFET开始导通的最小栅极电压被称为阈值电压。

以N沟道增强型MOSFET为例，如下图4所示：

图4. MOS管在增强模式下工作原理图

漏源电压为正，且VGG处具有大于阈值电压的正电位时，少数载流子即空穴被排斥而多数载流子即电子被吸引向SiO2层，形成导电沟道，MOSFET被开启，使漏极电流ID从漏极流到源极。当VGG进一步增加时，导电沟道的宽度变大，电流ID增加。因此，施加的VGG越大，漏极电流ID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型MOSFET。