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MOSFET是一種具有絕緣柵的場效應(yīng)晶體管，主要用于放大或切換信號。在當(dāng)前模擬和數(shù)字電路中，與BJT相比，MOSFET的使用頻率更高一些。
MOSFET主要用于放大器，因?yàn)樗鼈兙哂袩o限的輸入阻抗，因此它允許放大器捕獲幾乎所有的輸入信號。與BJT相比， MOSFET的主要優(yōu)點(diǎn)是它幾乎不需要輸入電流來控制負(fù)載電流。
MOSFET根據(jù)工作模式可以分為增強(qiáng)型MOSFET和耗盡型MOSFET兩種類型。在本文中，小編將簡單介紹增強(qiáng)型MOSFET的一些基礎(chǔ)知識內(nèi)容。
基本概念
以增強(qiáng)模式工作的MOSFET稱為增強(qiáng)型MOSFET。增強(qiáng)模式意味著，每當(dāng)流向該MOSFET柵極端子的電壓增加時(shí)，從漏極到源極的電流將增加更多，直到達(dá)到最高電平。增強(qiáng)型MOSFET是一個(gè)三端電壓控制器件，其端子為源極、柵極和漏極。
增強(qiáng)型MOSFET的特點(diǎn)是功耗低、制造簡單、幾何尺寸小，正是因?yàn)樾┨匦圆趴梢愿玫膶⑹顾鼈冊?a target="_blank">集成電路中使用。當(dāng)柵極和源極端子之間沒有施加電壓時(shí)，增強(qiáng)型MOSFET的漏極 (D) 和源極 (S) 之間沒有通路。因此，在柵極到源極施加電壓將增強(qiáng)通道，使其能夠傳導(dǎo)電流。這一特性是將此器件稱為增強(qiáng)型MOSFET 的主要原因。
符號表示
P溝道和N溝道的增強(qiáng)型MOSFET符號如下圖所示?？梢钥吹?，一條虛線簡單地從源極連接到基板端子，這表示增強(qiáng)模式類型。增強(qiáng)型MOSFET中的電導(dǎo)率通過增加氧化層來增強(qiáng)，氧化層將電荷載流子添加到通道中。通常情況下，該層稱為反轉(zhuǎn)層。
增強(qiáng)型MOSFET中的溝道形成在D(漏極)和S(源極)之間。N溝道型使用P型基板，P溝道型使用N型基板。這里由于電荷載流子的溝道電導(dǎo)率主要取決于相應(yīng)的P型或N型溝道。
結(jié)構(gòu)配置
增強(qiáng)型MOSFET包括柵極、漏極和源極，其主體稱為內(nèi)部連接到源極的襯底，另外，金屬柵極端子與半導(dǎo)體層通過二氧化硅層或介電層絕緣，其結(jié)構(gòu)配置如下：
增強(qiáng)型MOSFET由兩種材料構(gòu)成，分別為P型和N型半導(dǎo)體，基板為設(shè)備提供物理支撐。薄的SiO層和出色的電絕緣體簡單地覆蓋了源極和漏極之間的區(qū)域。在氧化物層上，金屬層形成柵電極。
在這種結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)N區(qū)在輕摻雜P型襯底上隔開幾微米的距離。這兩個(gè)N區(qū)的執(zhí)行方式與源極和漏極端子相同。在表面上，形成了一層薄的絕緣層，稱為二氧化硅。在該層上形成的電荷載流子(如孔)將為源極和漏極端子建立鋁接觸。
該導(dǎo)電層的作用類似于位于SiO2上的終端柵極以及通道的整個(gè)區(qū)域。但是對于傳導(dǎo)，它不包含任何物理溝道。在這種增強(qiáng)型MOSFET中，p型襯底在整個(gè)SiO2層上延伸。
增強(qiáng)型MOSFET的工作原理是當(dāng)VGS為0V時(shí)沒有通道連接源極和漏極。P型襯底只有少量熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子，如自由電子，因此漏極電流為零。由于這個(gè)原因，這個(gè)MOSFET將為常閉。
一旦柵極 (G) 為正 (+ve)，它就會吸引少數(shù)電荷載流子，例如來自P襯底的電子，這些電荷載流子將通過SiO2層下的空穴結(jié)合。進(jìn)一步增加VGS，則電子將有足夠的潛力來克服和鍵合更多的電荷載流子，即電子沉積在通道中。
在這里，電介質(zhì)用于防止電子在二氧化硅層上移動。這種積累將導(dǎo)致漏極和源極之間形成N溝道，所以這會導(dǎo)致產(chǎn)生的漏極電流流過整個(gè)通道。該漏極電流與溝道電阻成正比，溝道電阻進(jìn)一步取決于吸引到柵極+ve 端子的電荷載流子。
主要類型
增強(qiáng)型MOSFET主要有兩種類型，分別是N溝道和P溝道增強(qiáng)型MOSFET。
在N溝道增強(qiáng)型中，使用輕摻雜的P襯底，兩個(gè)重?fù)诫s的N型區(qū)域?qū)?gòu)成源極和漏極端子。在這種類型的增強(qiáng)型MOSFET中，大多數(shù)電荷載流子是電子。
在P溝道增強(qiáng)型中，使用輕摻雜的N襯底，兩個(gè)重?fù)诫s的P型區(qū)域?qū)?gòu)成源極和漏極端子。在這種類型的增強(qiáng)型MOSFET中，大多數(shù)電荷載流子是空穴。
主要特征
下面分別介紹下N溝道增強(qiáng)型和P溝道增強(qiáng)型的MOSFET VI和漏極特性。
1、N溝道漏極特性
N溝道增強(qiáng)型MOSFET漏極特性如下圖所示。在這些特性中，可以觀察到在Id和Vds之間繪制的不同Vgs值的漏極特性，也就是當(dāng)Vgs值增加時(shí)，漏極電流“Id”也會增加。
特性上的拋物線曲線將顯示Vds的軌跡，其中Id(漏極電流)將達(dá)到飽和。另外，在該圖中，還顯示了線性或歐姆區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，MOSFET可以用作壓控電阻。因此，對于固定的Vds值，一旦改變Vgs電壓值，那么溝道寬度就會改變，或者可以說溝道的電阻會改變。
歐姆區(qū)域是電流“IDS”隨著VDS值的增加而升高的區(qū)域。一旦MOSFET設(shè)計(jì)為在歐姆區(qū)域工作，它們就可以用作放大器。
晶體管開啟并開始在整個(gè)通道中流動電流的柵極電壓稱為閾值電壓(VT或VTH)。對于N通道，此閾值電壓值范圍為0.5V ~ 0.7V，而對于P通道器件，其范圍為-0.5V ~ -0.8V。
每當(dāng)Vds Vt時(shí)，在這種情況下，MOSFET將工作在線性區(qū)域。所以在這個(gè)區(qū)域，它可以起到壓控電阻的作用。
在截止區(qū)域，當(dāng)電壓 Vgs?
每當(dāng)MOSFET在軌跡的右側(cè)運(yùn)行時(shí)，就可以說它是在飽和區(qū)運(yùn)行的。因此，從數(shù)學(xué)上講，只要Vgs電壓大于或等于Vgs-Vt，它就會工作在飽和區(qū)。
2、N溝道傳輸特性
N溝道增強(qiáng)型MOSFET的傳輸特性如下圖所示。傳輸特性顯示了輸入電壓“Vgs”和輸出漏極電流“Id”之間的關(guān)系。這些特征基本上顯示了當(dāng)Vgs值變化時(shí)“Id”是如何變化的。因此，從這些特性中可以觀察到漏極電流“Id”在閾值電壓之前為零。之后，當(dāng)增加Vgs值時(shí)，“Id”會增加。
當(dāng)前“Id”和Vgs之間的關(guān)系可以表示為Id = k(Vgs-Vt)^2。其中，“k”是設(shè)備常數(shù)，取決于設(shè)備的物理參數(shù)。因此，通過使用這個(gè)表達(dá)式，可以找出固定Vgs 值的漏極電流值。
3、P溝道漏極特性
P溝道增強(qiáng)型MOSFET漏極特性如下圖所示。其中，Vds和Vgs為負(fù)值。漏極電流“Id”將從源極供應(yīng)到漏極端子。從該圖中可以注意到，當(dāng)Vgs變得更負(fù)時(shí)，漏極電流“Id”也會增加。
4、P溝道傳輸特性
當(dāng)Vgs >VT時(shí)，該MOSFET將工作在截止區(qū)域。同樣，如果觀察這個(gè)MOSFET的傳輸特性，那么它將是N溝道的鏡像。
偏置應(yīng)用
通常情況下，增強(qiáng)型MOSFET要么使用分壓器偏置，要么使用漏極反饋偏置，但是不能通過自偏置和零偏置偏置。
1、分壓器偏置
N溝道增強(qiáng)型MOSFET的分壓器偏置如下圖所示。分壓器偏置類似于使用BJT的分壓器電路。事實(shí)上，N溝道增強(qiáng)型MOSFET需要高于其源極的柵極端子，就像 NPN BJT需要一個(gè)高于其發(fā)射極的基極電壓一樣。
在該電路中，R1和R2等電阻器用于構(gòu)成用于建立柵極電壓的分壓器電路。
當(dāng)增強(qiáng)型MOSFET的源極直接連接到GND時(shí)，VGS=VG。因此，電阻R2兩端的電勢需要設(shè)置在VGS(th) 以上，以使增強(qiáng)型MOSFET特性方程：ID = K (V GS -V GS (th))^2正常工作。
通過知道VG值，可以使用增強(qiáng)型MOSFET的特性方程來建立漏極電流。同時(shí)，設(shè)備常數(shù)“k”是唯一可以根據(jù)VGS(on)和ID(on)坐標(biāo)對為任何特定設(shè)備計(jì)算的缺失因子。
常數(shù)“k”源自增強(qiáng)型MOSFET的特性方程：K = I D /(V GS -V GS (th))^2。
因此，該值可用于其他偏置點(diǎn)。
2、漏極反饋偏置
這種偏置使用上述特性曲線上的“on”工作點(diǎn)。這個(gè)想法是通過適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電源和漏極電阻器來設(shè)置漏極電流，漏極反饋電路原型如下圖所示。
這是一個(gè)非常簡單的電路，它使用了一些基本組件。這個(gè)操作是通過應(yīng)用KVL來理解的，具體如下：
V DD = V RD + V RG + V GS
V DD = I D R D + I G R G + V GS
這里，柵極電流無關(guān)緊要，因此上述等式將變?yōu)椋?/p>
V DD =I D R D +V GS、V DS = V GS
可以得出：
V GS =V DS = V DD - I D R D
上面的等式可用作偏置電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
增強(qiáng)型MOSFET與耗盡型MOSFET的區(qū)別
增強(qiáng)型MOSFET與耗盡型MOSFET區(qū)別差異包括以下幾方面內(nèi)容：
主要應(yīng)用
增強(qiáng)型MOSFET的應(yīng)用包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：
通常情況下，增強(qiáng)型MOSFET用于開關(guān)、放大器和逆變器電路。
這些用于不同的電機(jī)驅(qū)動器、數(shù)字控制器和電力電子IC。
總結(jié)
以上就是關(guān)于增強(qiáng)型MOSFET類型、特性和工作原理等相關(guān)內(nèi)容的改善，可以看出，增強(qiáng)型MOSFET可用于僅在增強(qiáng)模式下運(yùn)行的高功率和低功率MOSFE版本。
工商網(wǎng)監(jiān)
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