MOSFET全稱為Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，譯為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的極性不同，可分為N型與P型的MOSFET，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET。
圖 MOSFET
MOSFET的發(fā)展前景
近年來由于MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位訊號處理的場合上，也有越來越多類比訊號處理的積體電路可以用MOSFET來實(shí)現(xiàn)。
例如在數(shù)字電路中，如微處理器運(yùn)算效能不斷提升，帶給深入研發(fā)新一代MOSFET更多的動(dòng)力，這也使得MOSFET本身的操作速度越來越快，幾乎成為各種半導(dǎo)體截止?fàn)顟B(tài)，這使得從電源功率損耗，只有在邏輯門主動(dòng)元件中最快的一種。MOSFET在數(shù)位訊號處理上最主要的成功來自CMOS邏輯電路的發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)最大的好處是理論上不會有靜態(tài)的（logic gate）的切換動(dòng)作時(shí)才有電流通過。CMOS邏輯門最基本的成員是CMOS反相器（inverter），而所有CMOS邏輯門的基本操作都如同反相器一樣，同一時(shí)間內(nèi)必定只有一種晶體管（NMOS或是PMOS）處在導(dǎo)通的狀態(tài)下，另一種必定是端到接地端不會有直接導(dǎo)通的路徑，大量節(jié)省了電流或功率的消耗，也降低了積體電路的發(fā)熱量。
在模擬電路中，為了減少在印刷電路板（Printed Circuit Board,PCB）上使用的積體電路數(shù)量、減少封裝成本與縮小系統(tǒng)的體積，很多原本獨(dú)立的類比芯片與數(shù)位芯片被整合至同一個(gè)芯片內(nèi)。MOSFET原本在數(shù)位積體電路上就有很大的競爭優(yōu)勢，在類比積體電路上也大量采用MOSFET之后，把這兩種不同功能的電路整合起來的困難度也顯著的下降。另外像是某些混合訊號電路（Mixed-signal circuits），如類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter,ADC），也得以利用MOSFET技術(shù)設(shè)計(jì)出效能更好的產(chǎn)品。
MOSFET的結(jié)構(gòu)
MOSFET大體分為兩大類，四種類型。
1 增強(qiáng)型MOSFET
N溝道增強(qiáng)型MOSFET
P溝道增強(qiáng)型MOSFET
2 耗盡型MOSFET
N溝道耗盡型MOSFET
P溝道耗盡型MOSFET
注：這里對增強(qiáng)型N溝道MOSFET進(jìn)行說明，其他的類型在這里不多做贅述。
N溝道增強(qiáng)型MOSFET主要由這么幾部分構(gòu)成。金屬層，氧化層(SiO
2)，N型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體。具體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖 增強(qiáng)型N溝道MOSFET結(jié)構(gòu)剖面
MOSFET將P型半導(dǎo)體作為基底。在P型半導(dǎo)體上加入了兩個(gè)N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體之間不相連。再在基體表面覆蓋一層氧化層(SIO
2)。然后在氧化層上刻蝕出兩個(gè)通道用導(dǎo)體分別聯(lián)通氧化層之下的N型半導(dǎo)體，形成源極與漏極。最后將兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間的上方區(qū)域，在氧化層之上覆蓋一層金屬層，形成柵極。其等效的電路符號如下圖。
圖 電路符號
MOSFET的工作原理
要理解MOSFET管的原理，必須要對P型與N型半導(dǎo)體之間的載流子流動(dòng)有所了解。半導(dǎo)體導(dǎo)通時(shí)，是由于外加正向電壓作用，加劇了載流子的擴(kuò)散，使多子可以通過空間電荷區(qū)達(dá)到對面。在加反向電壓時(shí)，多子的擴(kuò)散受到限制，多子受到吸引向電源端聚集，使空間電荷區(qū)變厚。這里以仍以增強(qiáng)型N溝道MOSFET為例。
當(dāng)柵極無電壓，只在漏極與源極之間加電壓時(shí)，管子并沒導(dǎo)通，因?yàn)閮蓚€(gè)N型半導(dǎo)體間并無電子流動(dòng)。如下圖所示。
圖 工作原理
此時(shí)我們向柵極施加正向電壓。為了分析效果，我們暫設(shè)漏極與源極間無電壓。如下圖所示。
圖 工作原理
當(dāng)柵極被施加了正向電壓后，N型半導(dǎo)體中的電子(多數(shù)載流子)受到吸引而向柵極上的金屬層上聚集，但由于氧化層的阻隔，電子并沒有能到達(dá)金屬層，就在氧化層上逐漸形成了電子層。當(dāng)柵極電壓V
GS逐漸增大，被吸引出的電子越來越多，最后將兩個(gè)N型半導(dǎo)體連接起來，形成溝道。在此基礎(chǔ)上，對漏極與源極間施加電壓，那么就可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通了。如下圖所示。
圖 工作原理
漏極與源極間施加電壓VDS后，兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間的電子層受到外加電場的作用，使其產(chǎn)生的定向流動(dòng)，電子的流動(dòng)方向從源極向漏極流動(dòng)，所以產(chǎn)生了一個(gè)從漏極向源極的電流。使漏極與源極間導(dǎo)通。而通過控制調(diào)節(jié)VDS的大小可以實(shí)現(xiàn)對溝道的控制。因?yàn)閂GD=VGS-VDS，當(dāng)VDS很小的時(shí)候，VGD≈VGS。此時(shí)VDS的大小與電流ID成線性關(guān)系。當(dāng)VDS持續(xù)變大，VGD則變小，導(dǎo)致溝道變窄，阻止增大，使電流ID的增加幅度變小。當(dāng)VDS繼續(xù)增加，使VGD等于柵極的開啟電壓VG(th)時(shí)，在近漏端溝道出現(xiàn)了預(yù)夾斷點(diǎn)。若VDS繼續(xù)上升則夾斷點(diǎn)會往源極方向移動(dòng)，出現(xiàn)夾斷。如下圖所示。
圖 工作原理
公安備案號32010402000033
