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法學MOSFET – 型別和工作原理
金氧半導體場效應電晶體(MOSFET)具有四個端子——源極(S)、柵極(G)、漏極(D)、體(B)。它是一種半導體器件，用於電子電路中的開關和放大應用。通常，體端與源極連線，形成類似於FET的三端器件。
MOSFET是一種電壓控制型器件。由於其工作僅依賴於多數載流子的流動，因此MOSFET是一種單極型器件。
換句話說，可以增強模式工作的FET被稱為MOSFET。
為什麼叫MOSFET？柵極透過金屬-氧化物(SiO2)與溝道絕緣，因此得名MOSFET。
MOSFET的型別
耗盡型MOSFET
D-MOSFET可以在耗盡模式和增強模式下工作。因此，它也稱為耗盡增強型MOSFET。
D-MOSFET的型別
D-MOSFET可以分為兩種型別：
- N溝道D-MOSFET
- P溝道D-MOSFET
N溝道D-MOSFET
在N溝道D-MOSFET中，p型襯底使源極和漏極之間的溝道變窄，使得當漏極相對於源極呈正電位時，只有少量通道供電子流動。
P溝道D-MOSFET
在這種MOSFET中，n型襯底限制了源極和漏極之間的溝道，使得只有少量通道供空穴從源極流向漏極。
D-MOSFET電路的工作原理
D-MOSFET的柵極形成一個小的電容。這個電容的一個極板是柵極端子，另一個極板是溝道，金屬氧化物層作為介電層。當柵極端子上的電壓發生變化時，電容的電場會發生變化，進而改變導電溝道的電阻。由於柵極透過金屬-氧化物與溝道隔離，因此可以對柵極端子施加正電壓或負電壓。
當對柵極端子施加負電壓時，稱為耗盡模式工作；當對柵極施加正電壓時，稱為增強模式工作。
耗盡模式工作
由於柵極處於負電位，因此柵極上有電子。這些電子排斥n溝道中的自由電子，導致n溝道中的一些自由電子被耗盡。因此，可用於透過溝道進行電流傳導的自由電子數量減少。這種效應與溝道電阻增加相同。
柵極端子上的負電壓越高，從源極到漏極的電流就越小。因此，透過改變柵極上的負電壓，可以改變n溝道的電阻，從而改變源極到漏極的電流。
由於負柵極的工作依賴於使溝道中的自由電子耗盡或清空，因此負柵極工作稱為耗盡模式工作。
增強模式工作
由於柵極呈正電位，它透過電容作用在溝道中感應負電荷（自由電子）。這些自由電子被新增到溝道中已有的自由電子中，因此n溝道中自由電子的總數增加。因此，正柵極電壓會增加或增強溝道的導電性。
柵極上的正電壓越高，從源極到漏極的電流就越大。因此，透過改變柵極端子上的正電壓，可以改變溝道的導電性。
由於正柵極的工作依賴於增強溝道的導電性，因此正柵極工作稱為增強模式工作。
D-MOSFET的漏極特性
D-MOSFET的漏極特性曲線是在不同正負柵源電壓(VGS)下，漏極電流(ID)與漏源電壓(VDS)之間的曲線。
對於VGS的正值，漏極電流增加，D-MOSFET工作在增強模式下。對於n溝道D-MOSFET，正柵極電壓會在溝道中感應更多的自由電子。這增加了漏極電流，並將D-MOSFET置於增強模式。
對於VGs的負值，漏極電流減小，D-MOSFET工作在耗盡模式下。這是因為負柵極電壓減少了n溝道中的載流子，漏極電流ID減小。
從曲線可以看出，曲線的大部分是水平的，表明漏極電流恆定。因此，在這個部分，D-MOSFET表現為恆流源。
增強型MOSFET
E-MOSFET只能在增強模式下工作。E-MOSFET從源極到漏極沒有物理溝道，因為襯底完全延伸到SiO2層。
透過施加適當大小和極性的柵源電壓(VGS)，可以使器件工作。
使E-MOSFET導通的適當極性VGS的最小值稱為閾值電壓(VGS (Th))。
$$\mathrm{對於n溝道E-MOSFET：+V_{GS}\geqslant V_{GS_{th}}}$$
$$\mathrm{對於p溝道E-MOSFET：-V_{GS}\geqslant V_{GS_{th}}}$$
E-MOSFET的示意圖符號
N溝道E-MOSFET
P溝道E-MOSFET
E-MOSFET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，E-MOSFET通常處於關閉狀態。
現在，當柵極變為正電位時，它會吸引來自p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層的空穴都將被填滿，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。因此，E-MOSFET導通，漏極電流開始從源極流向漏極。
E-MOSFET的漏極特性
漏極特性曲線是在VGS的各種正值下，漏極電流與漏源電壓之間的曲線。從曲線圖可以看出，曲線的大部分是水平的，表明漏極電流恆定。因此，在這個部分，E-MOSFET表現為恆流源。
MOSFET的應用
MOSFET放大器廣泛應用於射頻應用。
可以使用功率MOSFET來調節直流電機的速度。
由於具有高速開關速度，它可以用於斬波器電路。
MOSFET的優點
在較低電壓下工作時效率更高。
由於高輸入阻抗，MOSFET具有高速開關速度。
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