增强型MOSFET
增强型金属氧化物半导体场效应晶体管 (EMOSFET) 是一种三端器件,即源极 (S)、栅极 (G) 和漏极 (D)。EMOSFET 是一种电压控制型器件。
EMOSFET 只能在增强型模式下工作。由于衬底完全延伸到 SiO2 层,因此 EMOSFET 没有从源极到漏极的物理沟道。
通过施加适当幅度和极性的栅源电压 (VGS),可以使器件工作。VGS 的使用会在栅极端子下方感应出一个 n 型沟道,从而使器件工作。
使 EMOSFET 导通的适当极性 VGS 的最小值称为阈值电压 (VGS (Th))。
对于 n 型 EMOSFET:+$\mathrm{V_{GS}\geqslant{V_{GS}}_{th}}$
对于 p 型 EMOSFET:−$\mathrm{V_{GS}\geqslant{V_{GS}}_{th}}$
EMOSFET 的类型
- N 型增强型 MOSFET
- P 型增强型 MOSFET
P 型 EMOSFET 的示意图
N 型 EMOSFET 的示意图
EMOSFET 的工作原理
当 VGS = 0 V 时,没有连接源极和漏极的沟道。p 型衬底只有少量热产生的自由电子(少数载流子),因此漏极电流为零。因此,EMOSFET 通常处于关闭状态。
现在,当栅极变得正极时,它会吸引来自 p 型衬底的自由电子。自由电子与 SiO2 层正下方的空穴结合。如果 VGS 足够正,则所有接触 SiO2 层的空穴都被填满,剩余的自由电子开始从源极流向漏极。这与在 SiO2 层下方创建一层薄的 n 型材料相同,即感应出一个 n 型沟道,电子通过该沟道流动。因此,EMOSFET 导通,漏极电流开始从源极流向漏极。
EMOSFET 的漏极特性
漏极特性是对于各种正 VGS 值,漏极电流和漏源电压之间的曲线图。从图中可以看出,曲线的很大一部分是水平的,显示出恒定的漏极电流。因此,在曲线的这一部分,EMOSFET 充当恒流源。
EMOSFET 的转移特性
EMOSFET 的转移特性是漏极电流 (ID) 和栅源电压 (VGS) 之间的曲线图。
从该曲线可以看出,当 VGS 小于 VGS(th) 时,没有感应沟道,漏极电流 (ID) 为零。当 VGS 等于 VGS(th) 时,EMOSFET 导通,感应沟道从源极导通到漏极。VGS 超过 VGSth 的进一步增加会增加感应沟道的宽度,因此会增加漏极电流。
EMOSFET 的跨导方程
EMOSFET 的跨导方程(对于 VGS > VGS(th))由下式给出:
$$\mathrm{I_{D}=K(V_{GS}- {V_{GS}}_{(th)})^2}$$
常数 K 取决于特定的 EMOSFET,其值可以由以下方程确定:
$$\mathrm{K=\frac{I_{D(on)}}{(V_{GS(on)-V_{GS(th)}})^2}}$$
ID(on) 和 VGS(on) 的值可以从 EMOSFET 的数据表中获得。