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一文详解MOSFET-【MOSFET】
发布时间:2024-03-15 18:18:47 来源:江南官方体育APP下载 作者:江南app官方网站

  是场效应晶体管(FET)的一种,其栅极通过使用绝缘层进行电隔离。因此,它也被称为IGFET(绝缘栅场效应晶体管)。

  MOSFET或金属氧化物半导体场效应晶体管是一种具有四个终端的场效应晶体管,即漏极、栅极、源极和体/衬底。本体端子与源端子短路,总共留下三个工作端子,就像任何其他晶体管一样。

  MOSFET是一种电压件,其输出取决于栅极电压。使用一层薄薄的二氧化硅将金属氧化物栅与通道电隔离。它在兆欧范围内显著增加了输入阻抗“106 = MΩ”。因此,MOSFET没有任何输入电流。

  D-MOSFET也被称为“normally ON”MOSFET,因为它们在制造过程中具有内置通道。施加栅极电压减小通道宽度,使MOSFET关闭。而E-MOSFET也被称为“正常关闭”MOSFET,因为在制造过程中没有通道,但它是由施加电压诱导的。

  因此,D-MOSFET符号有一条连续的线来表示漏极和源极之间的通道,该通道允许电流在零栅源电压下流动。而E-MOSFET中的折线则表示栅极源电压为零时电流流动的断路或通道缺失。向内的箭头表示N沟道,向外的箭头表示P沟道。

  晶体管的作用就像绝缘体或导体,基于一个非常小的信号。MOSFET就像任何其他晶体管一样也在三个区域工作。

  截止区:在这个区域,MOSFET保持关断,没有漏极电流ID。当MOSFET用作开关时,它利用该区域作为开关的off状态或打开状态。

  饱和区:在饱和区,MOSFET允许源极和漏极之间的恒定电流。它充当开关的开状态或闭合状态。MOSFET完全开启,允许最大漏极电流I-D通过它。

  线性或欧姆区:在这个区域,MOSFET提供恒定的电阻,由电压电平V-GS控制。漏极电流随电压-V - GS的升高而增大。因此,该区域用于扩增。

  耗尽型MOSFET或D-MOSFET是一种在制造过程中构建沟道的MOSFET。换句话说,即使没有施加电压,它也有通道。因此,当栅源电压V—GS = 0伏时,它可以在源极与漏极之间导流。由于这个原因,它也被称为“Normally ON”MOSFET。

  以反向偏置连接栅极-源端将耗尽电荷载流子的通道,因此称为耗尽型MOSFET。它减小了通道的宽度,直到通道完全消失。此时,D-MOSFET停止传导,这个V-GS电压被称为VTH阈值电压。

  如果栅极和源极以正偏置方式连接,增大VGS,则通道中会诱导出更多的多数载流子,通道宽度也会增大。这将导致漏极和源极之间的电流增加。这就是为什么D-MOSFET可以在耗尽和增强模式下工作。

  D-MOSFET可以是“N沟道D-MOSFET”或“P沟道D-MOSFET”,具体取决于所使用的沟道。通道的类型也影响它的偏置以及它的速度和电流容量。

  在N沟道D-MOSFET中,源极和漏极被放置在小的N型层上。而栅极电极被放置在绝缘金属氧化物层的顶部,该金属氧化物层将其与下面的通道电隔离。为N型材料制造的通道在P型衬底上制造。

  而增加VGS -将增强(增加)其电导率,即漏极电流ID将随着漏极-源极电压VDS而增加。然而,这在欧姆区域有效。当VDS达到截断电压VP时,IDS变为饱和IDSS,电流停止增加。该模式用于应用切换。

  截止区域:在该区域,栅源电压V-GS≤-Vth。无论VDS的值如何,都不存在漏极电流ID = 0的情况。MOSFET关闭。

  P沟道D-MOSFET具有与N沟道相同的结构,除了漏极,源极位于P型层上。所述通道由在N型衬底上的P层构成。所使用的电荷载体是空穴。与电子相比,空穴有一个缺点。它们比电子重得多,因此会导致它在运行中失去一些速度。

  在正常情况下,只要源极和漏极之间有电压,它就能传导电流。栅极电压可以影响通道宽度,使其增大或减小。

  当在栅极处施加一个正的VGS时,电场将导致吸引来自与空穴结合的N型衬底的电子,从而耗尽通道中的载流子。它减少了通道的宽度和电流的量。在某一点上,VGS完全消除通道并停止电流的流动。

  因此,P沟道D-MOSFET具有正阈值电压,即当施加正VGS时它关闭,当没有VGS时它打开。施加负电压将诱导更多的孔洞进入通道,从而增加或增强其电流传导。

  截止区:在此区域,栅源电压V-GS = +Vth。无论VDS的值如何,都不存在漏极电流ID = 0的情况。MOSFET关闭。

  增强型MOSFET或E-MOSFET是一种在制造过程中没有沟道的MOSFET。相反,通道是通过施加电压通过其栅极在衬底感应。电压增强了它的传导能力,因此得名。

  当栅极没有电压时,E-MOSFET不导通并保持关断。这就是为什么它也被称为“正常关闭”MOSFET。通过在栅极和源极之间施加正向电压,在基片中产生电荷载流子,从而在源极和漏极之间产生传导电流的通道。

  N沟道E-MOSFET与D-MOSFET具有相同的结构,只是在制造过程中没有沟道。该通道是通过在其栅极上施加电压而产生的。

  当VGS = 0伏时,N沟道E-MOSFET的源极和漏极之间不导电。因为没有通道让电流流过。在栅极上施加正电压+VGS会在栅极层下产生电场。它的结果是吸引P基板上的电子,并将空穴推离绝缘层。一种允许电流在源极和漏极之间的感应通道。

  截止区域:在该区域,栅源电压V-GS≤0v。无论VDS的值如何,都不存在漏极电流ID = 0的情况。它像开关一样工作。

  P沟道E-MOSFET的结构与P沟道D-MOSFET相同,只是没有沟道。在施工过程中没有通道。它是用VGS -诱导的。

  当-VGS作用于栅极时,正电荷(空穴)聚集在绝缘层下面,电子被推回。这些孔洞聚集在一起形成源和漏之间的通道。现在,如果在源极和漏极之间施加电压,它将开始传导电流。

  与N通道相同,当VGS = 0 v时,它不导通,当电压低于V-th时,通道宽度增加,允许更多的电流通过。

  截止区域:在该区域,栅源电压V-GS≥0v。无论VDS的值如何,都不存在漏极电流ID = 0的情况。它像开关一样工作。

  MOSFET可以像开关或放大器一样工作。MOSFET的工作取决于它的类型和偏置。它们可以在耗尽模式或增强模式下运行。

  MOSFET在沟道和栅极电极之间有一绝缘层。这个绝缘层增加了它的输入阻抗。因此,它不允许任何门电流。相反,它对施加到其栅极端的电压起作用。

  绝缘层形成扁平电容器,有优点也有缺点。它产生一个非常高的输入阻抗,因此,具有非常低的功耗。但是静电电荷会永久地破坏这层薄薄的绝缘层。

  在耗尽模式下,MOSFET在源极和漏极之间有一个内置通道。在源极和漏极之间施加电压VDS使漏极电流ID流动。为了减少或阻止电流ID的传导,在栅极上施加反向偏置电压VGS。它耗尽了载流子的通道,减小了通道的宽度。

  在增强模式下,在栅极上施加正向偏置电压VGS,吸引衬底上的少数载流子。它们积聚在栅电极下面,以增加或增强沟道的宽度。这个宽度取决于栅极电压的大小。电压越高,积累的电荷量越大,通道越宽。因此,漏极电流ID也增加。

  N沟道D-MOSFET转移曲线显示,当VGS超过VTh阈值电压时,MOSFET导漏电流ID -。阈值电压低于0v,可以在0v-gs下导电。

  漏极特性显示了MOSFET的三个工作区域;截止、欧姆和饱和区域,包括两种操作模式,即损耗和增强模式。欧姆区和饱和区由一条称为截断轨迹的边界线隔开。截断电压是饱和发生时的最小电压。

  在欧姆区,漏极电流ID随着V-DS的增大而增大。在饱和区,I-D变为常数,称为饱和电流,仅随VGS电平变化。在截止区,ID保持为零,但VGS必须降至传递曲线所示的-VTh以下。

  当VGS = 0V或更低时,MOSFET工作在耗尽模式下,沟道宽度和电导率随着电压的下降而减小。当高于0V时,它开始增强和增加导电性。

  转移特性负曲线表明,当V-GS低于+Vth限值时,P沟道D-MOSFET导通。漏极特性曲线显示了不同VGS值下VDS与ID的关系。随着栅源电压VGS的减小,电流ID开始增大。

  如图所示,由于缺少通道,E-MOSFET在0 VGS下不导通。然而,一旦VGS -超过阈值电压Vt。

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