增強型MOSFET
增強型金氧半導體場效應電晶體 (EMOSFET) 是一種三端器件,即源極 (S)、柵極 (G) 和漏極 (D)。EMOSFET 是一種電壓控制型器件。
EMOSFET 只能在增強型模式下工作。由於襯底完全延伸到 SiO2 層,因此 EMOSFET 沒有從源極到漏極的物理溝道。
透過施加適當幅度和極性的柵源電壓 (VGS),可以使器件工作。VGS 的使用會在柵極端子下方感應出一個 n 型溝道,從而使器件工作。
使 EMOSFET 導通的適當極性 VGS 的最小值稱為閾值電壓 (VGS (Th))。
對於 n 型 EMOSFET:+$\mathrm{V_{GS}\geqslant{V_{GS}}_{th}}$
對於 p 型 EMOSFET:−$\mathrm{V_{GS}\geqslant{V_{GS}}_{th}}$
EMOSFET 的型別
- N 型增強型 MOSFET
- P 型增強型 MOSFET
P 型 EMOSFET 的示意圖

N 型 EMOSFET 的示意圖

EMOSFET 的工作原理
當 VGS = 0 V 時,沒有連線源極和漏極的溝道。p 型襯底只有少量熱產生的自由電子(少數載流子),因此漏極電流為零。因此,EMOSFET 通常處於關閉狀態。

現在,當柵極變得正極時,它會吸引來自 p 型襯底的自由電子。自由電子與 SiO2 層正下方的空穴結合。如果 VGS 足夠正,則所有接觸 SiO2 層的空穴都被填滿,剩餘的自由電子開始從源極流向漏極。這與在 SiO2 層下方建立一層薄的 n 型材料相同,即感應出一個 n 型溝道,電子透過該溝道流動。因此,EMOSFET 導通,漏極電流開始從源極流向漏極。

EMOSFET 的漏極特性
漏極特性是對於各種正 VGS 值,漏極電流和漏源電壓之間的曲線圖。從圖中可以看出,曲線的很大一部分是水平的,顯示出恆定的漏極電流。因此,在曲線的這一部分,EMOSFET 充當恆流源。

EMOSFET 的轉移特性
EMOSFET 的轉移特性是漏極電流 (ID) 和柵源電壓 (VGS) 之間的曲線圖。

從該曲線可以看出,當 VGS 小於 VGS(th) 時,沒有感應溝道,漏極電流 (ID) 為零。當 VGS 等於 VGS(th) 時,EMOSFET 導通,感應溝道從源極導通到漏極。VGS 超過 VGSth 的進一步增加會增加感應溝道的寬度,因此會增加漏極電流。
EMOSFET 的跨導方程
EMOSFET 的跨導方程(對於 VGS > VGS(th))由下式給出:
$$\mathrm{I_{D}=K(V_{GS}- {V_{GS}}_{(th)})^2}$$
常數 K 取決於特定的 EMOSFET,其值可以由以下方程確定:
$$\mathrm{K=\frac{I_{D(on)}}{(V_{GS(on)-V_{GS(th)}})^2}}$$
ID(on) 和 VGS(on) 的值可以從 EMOSFET 的資料表中獲得。
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