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法学MOSFET – 类型和工作原理
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有四个端子——源极(S)、栅极(G)、漏极(D)、体(B)。它是一种半导体器件，用于电子电路中的开关和放大应用。通常，体端与源极连接，形成类似于FET的三端器件。
MOSFET是一种电压控制型器件。由于其工作仅依赖于多数载流子的流动，因此MOSFET是一种单极型器件。
换句话说，可以增强模式工作的FET被称为MOSFET。
为什么叫MOSFET？栅极通过金属-氧化物(SiO2)与沟道绝缘，因此得名MOSFET。
MOSFET的类型
耗尽型MOSFET
D-MOSFET可以在耗尽模式和增强模式下工作。因此，它也称为耗尽增强型MOSFET。
D-MOSFET的类型
D-MOSFET可以分为两种类型：
- N沟道D-MOSFET
- P沟道D-MOSFET
N沟道D-MOSFET
在N沟道D-MOSFET中，p型衬底使源极和漏极之间的沟道变窄，使得当漏极相对于源极呈正电位时，只有少量通道供电子流动。
P沟道D-MOSFET
在这种MOSFET中，n型衬底限制了源极和漏极之间的沟道，使得只有少量通道供空穴从源极流向漏极。
D-MOSFET电路的工作原理
D-MOSFET的栅极形成一个小的电容。这个电容的一个极板是栅极端子，另一个极板是沟道，金属氧化物层作为介电层。当栅极端子上的电压发生变化时，电容的电场会发生变化，进而改变导电沟道的电阻。由于栅极通过金属-氧化物与沟道隔离，因此可以对栅极端子施加正电压或负电压。
当对栅极端子施加负电压时，称为耗尽模式工作；当对栅极施加正电压时，称为增强模式工作。
耗尽模式工作
由于栅极处于负电位，因此栅极上有电子。这些电子排斥n沟道中的自由电子，导致n沟道中的一些自由电子被耗尽。因此，可用于通过沟道进行电流传导的自由电子数量减少。这种效应与沟道电阻增加相同。
栅极端子上的负电压越高，从源极到漏极的电流就越小。因此，通过改变栅极上的负电压，可以改变n沟道的电阻，从而改变源极到漏极的电流。
由于负栅极的工作依赖于使沟道中的自由电子耗尽或清空，因此负栅极工作称为耗尽模式工作。
增强模式工作
由于栅极呈正电位，它通过电容作用在沟道中感应负电荷（自由电子）。这些自由电子被添加到沟道中已有的自由电子中，因此n沟道中自由电子的总数增加。因此，正栅极电压会增加或增强沟道的导电性。
栅极上的正电压越高，从源极到漏极的电流就越大。因此，通过改变栅极端子上的正电压，可以改变沟道的导电性。
由于正栅极的工作依赖于增强沟道的导电性，因此正栅极工作称为增强模式工作。
D-MOSFET的漏极特性
D-MOSFET的漏极特性曲线是在不同正负栅源电压(VGS)下，漏极电流(ID)与漏源电压(VDS)之间的曲线。
对于VGS的正值，漏极电流增加，D-MOSFET工作在增强模式下。对于n沟道D-MOSFET，正栅极电压会在沟道中感应更多的自由电子。这增加了漏极电流，并将D-MOSFET置于增强模式。
对于VGs的负值，漏极电流减小，D-MOSFET工作在耗尽模式下。这是因为负栅极电压减少了n沟道中的载流子，漏极电流ID减小。
从曲线可以看出，曲线的大部分是水平的，表明漏极电流恒定。因此，在这个部分，D-MOSFET表现为恒流源。
增强型MOSFET
E-MOSFET只能在增强模式下工作。E-MOSFET从源极到漏极没有物理沟道，因为衬底完全延伸到SiO2层。
通过施加适当大小和极性的栅源电压(VGS)，可以使器件工作。
使E-MOSFET导通的适当极性VGS的最小值称为阈值电压(VGS (Th))。
$$\mathrm{对于n沟道E-MOSFET：+V_{GS}\geqslant V_{GS_{th}}}$$
$$\mathrm{对于p沟道E-MOSFET：-V_{GS}\geqslant V_{GS_{th}}}$$
E-MOSFET的示意图符号
N沟道E-MOSFET
P沟道E-MOSFET
E-MOSFET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，E-MOSFET通常处于关闭状态。
现在，当栅极变为正电位时，它会吸引来自p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层的空穴都将被填满，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。因此，E-MOSFET导通，漏极电流开始从源极流向漏极。
E-MOSFET的漏极特性
漏极特性曲线是在VGS的各种正值下，漏极电流与漏源电压之间的曲线。从曲线图可以看出，曲线的大部分是水平的，表明漏极电流恒定。因此，在这个部分，E-MOSFET表现为恒流源。
MOSFET的应用
MOSFET放大器广泛应用于射频应用。
可以使用功率MOSFET来调节直流电机的速度。
由于具有高速开关速度，它可以用于斩波器电路。
MOSFET的优点
在较低电压下工作时效率更高。
由于高输入阻抗，MOSFET具有高速开关速度。
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