簡述MOSFET基本原理（下）

FET

在介紹MOSFET之前，我們先來了解一下FET的工作原理。FET又叫做場效應管，有N溝道和P溝道兩種（溝道就是其中載流子流過的通道），如下圖所示。

FET：Field-Effect Transistor管子被稱為場效應管，從名字就可以知道是通過利用電場力的作用來改變了內部耗盡層的寬度來實現(xiàn)對電流的控制。下面我們以以N溝道FET管子為例來說明整個工作的基本過程。其無外加電場的結構如下圖所示：

我們先來看FET管子的D和S短路情況下通過改變G和S極之間的電壓的情況。無外加電壓的情況如上圖所示，上面我們提到PN結在外加電場的作用下內部的耗盡層寬度會發(fā)生變化，因此我們可以通過增加Ugs電壓來改變FET管子里面的耗盡層的寬度，隨著Ugs的增加，耗盡層的寬度越來越大，最終形成了閉合，使得N溝道消失，電阻無限大，此時的Ugs就被叫做夾斷電壓Ugsoff，如下圖所示：

上面的分析是在D和S之間短路的情況，此時我們來看看Ugs在0-UGSoff之間的某一個數(shù)值的情況下，漏極和源極之間電壓Ugs對FET管子的影響。當D和S之間外加電壓的時候其結構如下圖所示：

此時D和S之間有加載外部電壓，因此由于外部電場的作用引起內部的垂直方向上有載流子的運動，因此有電流。但是由于電壓Uds從漏極向源極壓降，同時加上外部加載的Ugs引起了耗盡層的拓寬，綜合兩者的影響，在靠近D極的地方耗盡層寬，向源極往下耗盡層逐漸變窄。溝道沒有被完全耗盡，因此D和S之間的電流仍然能夠通過，并且隨著Uds的增加電流的大小也增加，兩者呈現(xiàn)線性變化的關系，實際上就是管子的電阻特性，對應特性曲線里面的線性區(qū)域。

當Uds進一步增大，Ugd=Ugs-Uds，Ugd逐漸減小，也就是管子的上半部分的電壓作用逐漸減小，其方向與Ugs方向相反，因此上半部分的耗盡層逐漸被Uds和Ugs的共同作用影響而變寬，出現(xiàn)了頂部夾斷的情況，如下圖所示：

當Uds繼續(xù)增加，耗盡層將向下逐漸變寬，使得整個夾斷區(qū)域變長。當Ugd

將每一個情況與對應的曲線圖對應起來如下圖所示：

MOSFET

MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor。即金屬氧化物半導體場效應晶體管。名字一定是和它的材料、結構強相關的。我們結合MOSFET的管子結構圖來理解一下，如下圖所示：

電極采用了金屬，在金屬下面有一層氧化層，然后是摻雜的半導體區(qū)域，將這樣的結構用來構成上面提到的FET，由此便構成了MOSFET。MOSFET也有N溝道、P溝道的區(qū)別，根據(jù)Ugs為零時漏極電流是否為0還可以分為增強型（上面介紹FET的時候就類似一種增強型）和耗盡型。N溝道增強型、N溝道耗盡型、P溝道增強型、P溝道耗盡型四種。以N溝道增強型為例，如下圖所示：

MOSFET和上面提到的結型場效應管的控制機理有所不同，但是核心的機理都是控制耗盡層來實現(xiàn)對電流的控制。當Uds為0的時候，柵極因為有氧化絕緣層的緣故，因此柵極的電流為0。但是柵極上面加載了正電壓，因此會聚集大量的正電荷，這些正電荷排斥P型半導體里面的空穴（正電荷之間的同性相斥），靠近氧化硅絕緣層，因此會在中間區(qū)域形成一個沒有載流子的區(qū)域，也就是之前提到的耗盡層。如下圖所示：

當Ugs增大時，一方面耗盡層將會變寬，另一方面，由于加載了正電壓，P型區(qū)域的自由電子將會被吸引進入到耗盡層與絕緣層之間的區(qū)域，形成一個N區(qū)，將兩極區(qū)域連接起來。這個薄型區(qū)域就叫做反型區(qū)（與P型相反，顧名思義反型區(qū)）。連通起來的S和D之間有了N型溝道，自由電子可以實現(xiàn)電流的導通，反型層越大溝道的電阻越小，如下圖所示。

對于如何利用Uds控制電流的原理基本和前面提到的分析相類似，這里就不重復了。