半导体器件 - MOSFET

金属氧化物半导体场效应晶体管，也称为 MOSFET，具有更大的重要性，是 FET 家族的新成员。

它具有一个轻微掺杂的 P 型衬底，其中扩散了两个高度掺杂的 N 型区域。该器件的一个独特特征是其栅极结构。在这里，栅极与沟道完全绝缘。当电压施加到栅极时，它会产生静电荷。

此时，不允许电流流过器件的栅极区域。此外，栅极是器件的一个区域，该区域涂有金属。通常，二氧化硅用作栅极和沟道之间的绝缘材料。由于这个原因，它也被称为绝缘栅 FET。有两种广泛使用的 MOSFET：i）耗尽型 MOSFET ii）增强型 MOSFET。

D 型 MOSFET

下图显示了 N 沟道 D 型 MOSFET 及其符号。栅极与栅极作为一极板形成电容器，另一极板是具有 SiO₂ 层作为介电层的沟道。当栅极电压变化时，电容器的电场发生变化，进而改变 N 沟道的电阻。

在这种情况下，我们可以对栅极施加正电压或负电压。当 MOSFET 以负栅极电压工作时，称为耗尽模式；当以正栅极电压工作时，称为 MOSFET 的增强模式。

耗尽模式

下图显示了在耗尽模式下工作的 N 沟道 D 型 MOSFET。

其工作原理如下：

• 由于栅极是负的，因此大多数电子都存在于栅极上，它排斥N沟道的电子。

• 此操作在沟道的一部分留下正离子。换句话说，N沟道的一些自由电子被耗尽。结果，可用于通过N沟道导电的电子数量减少。

• 栅极上的负电压越大，从源极到漏极的电流越小。因此，我们可以通过改变栅极上的负电压来改变 N 沟道的电阻以及从源极到漏极的电流。

增强模式

下图显示了在增强模式下工作的 N 沟道 D 型 MOSFET。这里，栅极充当电容器。但是，在这种情况下，栅极是正的。它激发N沟道中的电子，并且N沟道中的电子数量增加。

正栅极电压增强或增加了沟道的电导率。栅极上的正电压越大，从源极到漏极的导电性就越大。

因此，我们可以通过改变栅极上的正电压来改变 N 沟道的电阻以及从源极到漏极的电流。

D 型 MOSFET 的转移特性

下图显示了 D 型 MOSFET 的转移特性。

当 V_GS 变为负时，I_D 降至低于 I_DSS 的值，直到它达到零且 V_GS = V_GS（截止）（耗尽模式）。当 V_GS 为零时，I_D = I_DSS，因为栅极和源极端子短路。当 V_GS 为正且 MOSFET 处于增强模式时，I_D 增加到高于 I_DSS 的值。