半導體器件 - MOSFET

金氧半導體場效應電晶體，也稱為 MOSFET，具有更大的重要性，是 FET 家族的新成員。

它具有一個輕微摻雜的 P 型襯底，其中擴散了兩個高度摻雜的 N 型區域。該器件的一個獨特特徵是其柵極結構。在這裡，柵極與溝道完全絕緣。當電壓施加到柵極時，它會產生靜電荷。

此時，不允許電流流過器件的柵極區域。此外，柵極是器件的一個區域，該區域塗有金屬。通常，二氧化矽用作柵極和溝道之間的絕緣材料。由於這個原因，它也被稱為絕緣柵 FET。有兩種廣泛使用的 MOSFET：i）耗盡型 MOSFET ii）增強型 MOSFET。

D 型 MOSFET

下圖顯示了 N 溝道 D 型 MOSFET 及其符號。柵極與柵極作為一極板形成電容器，另一極板是具有 SiO₂ 層作為介電層的溝道。當柵極電壓變化時，電容器的電場發生變化，進而改變 N 溝道的電阻。

在這種情況下，我們可以對柵極施加正電壓或負電壓。當 MOSFET 以負柵極電壓工作時，稱為耗盡模式；當以正柵極電壓工作時，稱為 MOSFET 的增強模式。

耗盡模式

下圖顯示了在耗盡模式下工作的 N 溝道 D 型 MOSFET。

其工作原理如下：

• 由於柵極是負的，因此大多數電子都存在於柵極上，它排斥N溝道的電子。

• 此操作在溝道的一部分留下正離子。換句話說，N溝道的一些自由電子被耗盡。結果，可用於透過N溝道導電的電子數量減少。

• 柵極上的負電壓越大，從源極到漏極的電流越小。因此，我們可以透過改變柵極上的負電壓來改變 N 溝道的電阻以及從源極到漏極的電流。

增強模式

下圖顯示了在增強模式下工作的 N 溝道 D 型 MOSFET。這裡，柵極充當電容器。但是，在這種情況下，柵極是正的。它激發N溝道中的電子，並且N溝道中的電子數量增加。

正柵極電壓增強或增加了溝道的電導率。柵極上的正電壓越大，從源極到漏極的導電性就越大。

因此，我們可以透過改變柵極上的正電壓來改變 N 溝道的電阻以及從源極到漏極的電流。

D 型 MOSFET 的轉移特性

下圖顯示了 D 型 MOSFET 的轉移特性。

當 V_GS 變為負時，I_D 降至低於 I_DSS 的值，直到它達到零且 V_GS = V_GS（截止）（耗盡模式）。當 V_GS 為零時，I_D = I_DSS，因為柵極和源極端子短路。當 V_GS 為正且 MOSFET 處於增強模式時，I_D 增加到高於 I_DSS 的值。