基础电子学 - MOSFET
FET 具有一些缺点，例如漏极电阻高、输入阻抗适中和运行速度较慢。为了克服这些缺点，发明了 MOSFET，这是一种先进的 FET。
MOSFET 代表金属氧化物硅场效应晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。这也称为 IGFET，即绝缘栅场效应晶体管。FET 以耗尽和增强两种模式运行。下图显示了实际 MOSFET 的外观。
MOSFET 的构造
MOSFET 的构造与 FET 有点相似。在栅极端子连接的基板上沉积有一层氧化层。该氧化层充当绝缘体（sio2 与基板隔离），因此 MOSFET 有另一个名称，即 IGFET。在 MOSFET 的结构中，轻掺杂的基板与重掺杂区域扩散。根据所用的基板，它们被称为 P 型 和 N 型 MOSFET。
下图显示了 MOSFET 的结构。
栅极电压控制 MOSFET 的操作。在这种情况下，由于栅极与通道隔离，因此可以对栅极施加正电压和负电压。当栅极偏压为负时，它充当耗尽型 MOSFET；当栅极偏压为正时，它充当增强型 MOSFET。
MOSFET 的分类
根据结构中使用的材料类型和操作类型，MOSFET 的分类如下图所示。
分类之后，让我们来看看 MOSFET 的符号。
N 沟道 MOSFET 简称为 NMOS。 N 沟道 MOSFET 的符号如下所示。
P 沟道 MOSFET 简称为 PMOS。P 沟道 MOSFET 的符号如下所示。
现在，让我们了解一下 N 沟道 MOSFET 的构造细节。通常，我们考虑使用 NChannel MOSFET 进行解释，因为这种 MOSFET 最常用。另外，无需提及，一种类型的研究也可以解释另一种类型。
N 沟道 MOSFET 的构造
让我们考虑一个 N 沟道 MOSFET 来了解其工作原理。采用轻掺杂的 P 型衬底，其中扩散了两个重掺杂的 N 型区域，用作源极和漏极。在这两个 N+ 区域之间，发生扩散以形成连接漏极和源极的 N 通道。
在整个表面上生长一层薄薄的 二氧化硅 (SiO2) 层，并制造孔以绘制漏极和源极端子的欧姆接触。在整个通道上铺设一层 铝 导电层，在 SiO2 层上从源极到漏极构成栅极。 SiO2 基板 连接到公共或接地端子。
由于其结构，MOSFET 的芯片面积比 BJT 小得多，与双极结型晶体管相比，占用面积仅为 5%。该设备可以在两种模式下运行。它们是耗尽模式和增强模式。让我们尝试深入了解细节。
N 沟道（耗尽模式）MOSFET 的工作原理
目前，我们认为与 FET 不同，栅极和沟道之间不存在 PN 结。我们还可以观察到，扩散沟道N（两个N+区域之间）、绝缘介质SiO2和栅极的铝金属层共同形成平行板电容器。
如果NMOS必须工作在耗尽模式下，则栅极端应处于负电位，而漏极处于正电位，如下图所示。
当栅极和源极之间没有施加电压时，由于漏极和源极之间的电压，一些电流会流动。在 VGG 处施加一些负电压。然后少数载流子（即空穴）被吸引并沉淀在 SiO2 层附近。但多数载流子（即电子）被排斥。
当 VGG 处有一定量的负电位时，一定量的漏极电流 ID 会从源极流到漏极。当该负电位进一步增加时，电子会被耗尽，电流 ID 会减小。因此，施加的 VGG 越负，漏极电流 ID 的值就越小。
靠近漏极的通道比源极处的通道更加耗尽（就像在 FET 中一样），并且由于这种影响，电流会减少。因此，它被称为耗尽型 MOSFET。
N 沟道 MOSFET 的工作原理（增强模式）
如果我们可以改变电压 VGG 的极性，则可以在增强模式下工作相同的 MOSFET。因此，让我们考虑栅极源电压 VGG 为正的 MOSFET，如下图所示。
当栅极和源极之间没有施加电压时，由于漏极和源极之间的电压，一些电流会流动。假设在 VGG 处施加一些正电压。然后少数载流子（即空穴）被排斥，多数载流子（即电子）被吸引到 SiO2 层。
当 VGG 处有一定量的正电位时，一定量的漏极电流 ID 会从源极流向漏极。当该正电位进一步增加时，电流 ID 会由于来自源极的电子流动而增加，并且由于施加在 VGG 的电压，这些电子被进一步推动。因此，施加的 VGG 越正，漏极电流 ID 的值就越大。由于电子流的增加，电流比耗尽模式更好。因此，这种模式被称为 增强模式 MOSFET。
P 沟道 MOSFET
PMOS 的构造和工作原理与 NMOS 相同。采用轻掺杂的 n 衬底，其中扩散了两个重掺杂的 P+ 区域。这两个 P+ 区域用作源极和漏极。表面上生长了一层薄薄的 SiO2。如下图所示，在该层上切出孔洞，以便与 P+ 区域接触。
PMOS 的工作原理
当栅极端子的电位为 VGG 且大于漏源电压 VDD 时，由于 P+ 区域的存在，空穴电流通过扩散的 P 通道增加，PMOS 工作在 增强模式。
当栅极端子的电位为 VGG 且大于漏源电压 VDD 时，由于排斥力，会发生耗尽，从而导致电流减少。因此，PMOS 工作在 耗尽模式。尽管结构不同，但两种类型的 MOSFET 的工作原理相似。因此，随着电压极性的变化，两种类型都可以在两种模式下使用。
通过了解漏极特性曲线可以更好地理解这一点。
漏极特性
MOSFET 的漏极特性由漏极电流 ID 和漏源电压 VDS 组成。不同输入值的特性曲线如下图所示。
实际上，当 VDS 增加时，漏极电流 ID 应该增加，但由于施加了 VGS，漏极电流被控制在一定水平。因此，栅极电流控制输出漏极电流。
传输特性
传输特性定义了在耗尽和增强模式下，VDS 值随 ID 和 VGS 变化而发生的变化。下面的传输特性曲线是针对漏极电流与栅极至源极电压绘制的。
BJT、FET 和 MOSFET 之间的比较
现在我们已经讨论了以上三种，让我们尝试比较它们的一些属性。
| 术语 | BJT | FET | MOSFET |
|---|---|---|---|
| 设备类型 | 当前控制 | 电压控制 | 电压控制 |
| 电流 | 双极 | 单极 | 单极 |
| 端子 | 不可互换 | 可互换 | 可互换 |
| 操作模式 | 无模式 | 仅耗尽模式 | 增强和耗尽模式 |
| 输入阻抗 | 低 | 高 | 非常高 |
| 输出电阻 | 中等 | 中等 | 低 |
| 操作速度 | 低 | 中等 | 高 |
| 噪音 | 高 | 低 | 低 |
| 热稳定性 | 低 | 较好 | 高 |
到目前为止，我们已经讨论了各种电子元件及其类型以及它们的构造和工作原理。所有这些元件在电子领域都有各种用途。要了解如何在实际电路中使用这些元件，请参阅电子电路教程。
