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什么是MOSFET?详细了解MOSFET的工作原理

2022年11月28日

MOSFET简称金氧半场效晶体管,是具有MOS结构的场效应晶体管,可以广泛使用在模拟电路 。下面来详解了解一下什么是MOSFET及其工作原理。


什么是MOSFET?


金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)是绝缘栅场效应晶体管的一种形式,以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管,其特点是用栅极电压来控制漏极电流。MOSFET的核心为金属—氧化层—半导体电容。


FET用作具有两个触点的导电半导体通道-“源极”和漏极。 GATE结可以被理解为作为MOS结构的2端子电路,该MOS结构用作整流反向偏置模式。 通常,在经典工作情况下,GATE阻抗较高。

根据这些标准的FET通常是MOSFET,JFET,金属半导体FET(MESFET)和异质结构FET。 在这些FET中,MOSFET是重要的晶体管之一,通常用于各种应用。


在硅基MOSFET中,GATE端子通常由特定的SiO2层绝缘。 导电通道的电荷载流子产生相反的电荷,在这种情况下,n通道为e型p型衬底,p通道为n型衬底“空穴”。 这将通过在GATE端子上施加电压在硅绝缘体边缘的半导体中感应到。 e-将进入和离开n +源极和漏极端子的通道,此通道为n通道金属氧化物半导体场效应晶体管。 在p型金属氧化物半导体场效应晶体管期间,这将是p +触点。


MOSFET符号

MOSFET符号




MOSFET的工作原理


作为多数载流子器件,MOSFET在其源极和漏极之间承载电流。 该晶体管通过施加到相应 MOS 栅极的常规电压进行调节。 在 n-MOSFET中,电子充当多数载流子,而在 p-MOSFET中,空穴充当多数载流子。 下图给出了 MOS的简单结构。 


MOS结构

MOS结构


这对于携带电流进行充电非常有用。 这是公认的大门。 刚开始制造的晶体管使用金属栅极。 随着时间的增长,晶体管的栅极被改变,多晶硅正在被使用。 MOS的中间中间层由通常被称为栅极氧化物的氧化硅绝缘薄膜制成。 较低层的层掺杂有硅树脂。


如果我们应用一个 负电压 在栅极中,栅极上产生负电荷。 在栅极之外,随着迁移率载流子带正能量,空穴被吸引到该区域。 这称为累积模式。


1、逆温层:


p型体中电子的导电层被认为是“反型层”。此处,阈值电压取决于两个参数,它们是– 1. MOS的掺杂物2.氧化层的厚度。 它通常是积极的,但也可以变成消极的。 nMOS晶体管在称为源极和漏极的两个n型区域之间都有MOS堆。

此时,栅极至源极电压Vgs <阈值电压(Vt)。 源极和漏极的两侧都没有自由电子。 当电源不工作时,即在接地状态下,结被称为反向偏置,因此没有电流流过。 当晶体管被称为截止时,这种操作模式称为截止。

如果将其与一个ON晶体管进行比较,则电流为0。 栅极电压高于阈值电压。 现在,如果作为沟道的电子的反转区域在源极和漏极之间架起一座桥,并形成一条导电路径,并使晶体管导通。 总载流子数量的增加和电导率的增加相对于所施加的栅极电压成比例。

漏极电压–源极电压为:

 VDS V =gs - V.gd 。 何时,VDS = 0(即Vgs V =gd),

不存在这样的电场来产生从漏极到源极的电流。


反转通道和阈值电压

反转通道和阈值电压 (IV)


何时,电压(Vds )施加到漏极,电流Ids 通过漏极通道传送到源极。 如果 Vds 变得大于那个Vgd <Vt,沟道在漏极附近似乎没有任何变化,因此处于关闭状态。 即使在此之后,在由+ ve电压产生的漂移电子的帮助下,传导仍在继续。

 当电子到达沟道的末端时,与漏极相邻的耗尽区沿其方向加速。 注入的电子加速了该过程。


2、饱和模式

在这种模式下,电流Ids受栅极电压控制,仅在达到漏极电压以上时才被漏极终止。


以上就是对什么是MOSFET以及MOSFET工作原理的详细介绍了,由于MOSFET元件的性能逐渐提升,后续将出现在更多的应用场景中。

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