增強(qiáng)型和耗盡型MOSFET之間的區(qū)別是什么？

目前存在的兩種主要類型的場效應(yīng)管是：JFET和MOSFET。

MOSFET可進(jìn)一步分為耗盡型和增強(qiáng)型。這兩種類型都定義了MOSFET的基本工作模式，而術(shù)語MOSFET本身是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的縮寫。

由于這兩種類型具有不同的工作特性，我們將在不同的文章中分別評估它們。

增強(qiáng)型和耗盡型MOSFET之間的區(qū)別

基本上，與增強(qiáng)型MOSFET不同，耗盡型MOSFET即使在柵源端兩端存在0 V電壓時也處于導(dǎo)通狀態(tài)（V一般事務(wù)人員）。

對于增強(qiáng)型MOSFET，柵源電壓（VGS）必須高于其柵源閾值電壓（VGS（th））才能使其導(dǎo)通。

但是，對于N溝道耗盡MOSFET，其VGS（th）值高于0 V。這意味著即使V一般事務(wù)人員= 0

V，耗盡型MOSFET能夠傳導(dǎo)電流。要關(guān)閉它，V一般事務(wù)人員的耗盡MOSFET需要降低到VGS（th）（負(fù)）以下。

在本文中，我們將討論耗盡型MOSFET，據(jù)說其特性與JFET相匹配。相似性是I附近的截止和飽和之間DSS。

基本建設(shè)

圖5.23顯示了n溝道耗盡型MOSFET的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

我們可以找到一塊使用硅基創(chuàng)建的p型材料。該塊稱為基板。

基板是構(gòu)建MOSFET的基座或基礎(chǔ)。對于某些MOSFET，它與“源極”端子內(nèi)部連接。此外，許多器件以SS的形式提供額外的輸出，具有4端子MOSFET，如圖5.23所示。

漏極和源極端子通過導(dǎo)電觸點(diǎn)連接到n摻雜位置，并通過n通道連接，如圖所示。

柵極也連接到金屬層，盡管它通過一層細(xì)小的二氧化硅（SiO）與n溝道絕緣2）。

二氧化硅2具有一種稱為電介質(zhì)的獨(dú)特形式的絕緣性能，它響應(yīng)外部施加的電場，在自身內(nèi)部產(chǎn)生相反的電場。

作為絕緣層，材料SiO是2為我們提供以下重要信息：

使用這種材料在柵極端子和MOSFET溝道之間實(shí)現(xiàn)了完全隔離。

而且，這是因?yàn)镾iO2，MOSFET 的柵極能夠具有極高的輸入阻抗。

由于這種至關(guān)重要的高輸入阻抗特性，柵極電流IG對于任何直流偏置 MOSFET 配置，電流幾乎為零。

基本操作和特點(diǎn)

如圖5.24所示，通過將兩個端子連接在一起，柵極到源極電壓已配置為零伏，而電壓VDS應(yīng)用于漏極和源極。

通過上述設(shè)置，漏極側(cè)通過n溝道自由電子建立正電位，以及通過JFET溝道的等效電流。此外，產(chǎn)生的電流V一般事務(wù)人員= 0V 仍被標(biāo)識為

IDSS，如圖所示。5.25

我們可以看到，在圖5.26中柵極源電壓V一般事務(wù)人員以-1V的形式被賦予負(fù)電位。

這種負(fù)電位試圖迫使電子朝向p溝道襯底（因?yàn)殡姾膳懦猓膒溝道襯底上拉出空穴（因?yàn)橄喾吹碾姾晌?/p>

取決于這個負(fù)偏置 V 的大小一般事務(wù)人員是，空穴和電子的復(fù)合發(fā)生，導(dǎo)致可用于傳導(dǎo)的n通道中的自由電子減少。負(fù)偏差水平越高，復(fù)合率越高。

因此，隨著上述負(fù)偏置條件的增加，漏極電流會降低，圖5.25證明V的漏極電流一般事務(wù)人員V 的水平一般事務(wù)人員= -1、-2 等，直到 -6V

的夾斷標(biāo)記。

因此，漏極電流以及傳輸曲線圖與JFET一樣進(jìn)行。

現(xiàn)在，對于正 V一般事務(wù)人員值，由于反向漏電流，柵極正極將從p型襯底吸引多余的電子（自由載流子）。這將通過加速粒子之間的碰撞來建立新的載流子。

由于柵源電壓趨于以正速率上升，漏極電流會迅速增加，如圖5.25所示，原因與上述相同。

V曲線之間的差距一般事務(wù)人員= 0V 和 V一般事務(wù)人員= +1 清楚地顯示了由于 V 的 1 - V 變化而導(dǎo)致電流增加的量一般事務(wù)人員

由于漏極電流的快速上升，我們必須注意最大額定電流，否則可能會超過正柵極電壓限制。

例如，對于圖5.25中描述的設(shè)備類型，應(yīng)用V一般事務(wù)人員= +4V會導(dǎo)致漏極電流上升至22.2 mA，可能超過器件的最大擊穿限值（電流）。

上述條件表明，使用正柵源電壓對通道中自由載流子的數(shù)量產(chǎn)生增強(qiáng)的影響，而不是當(dāng)V一般事務(wù)人員= 0V。

這就是為什么漏極或傳輸特性上的正柵極電壓區(qū)域通常稱為增強(qiáng)區(qū)域的原因。該區(qū)域位于I的截止值和飽和度之間DSS或耗盡區(qū)域。

解決示例問題

優(yōu)勢與應(yīng)用

與增強(qiáng)型MOSFET相比，我們發(fā)現(xiàn)漏極電流在柵源電壓為零時降至零，而現(xiàn)代耗盡模式FET具有明顯的電流，柵極電壓為零。確切地說，漏源電阻在零電壓下通常為100歐姆。

如上圖所示，導(dǎo)通電阻

rds（開）與模擬信號范圍相比，響應(yīng)幾乎是平坦的。這一特性與這些高級耗盡型器件的低電容水平相結(jié)合，使其成為音頻和視頻切換應(yīng)用模擬開關(guān)的理想選擇。

耗盡模式 MOSFET 的“常導(dǎo)通”屬性使該器件非常適合單個 FET 電流穩(wěn)壓器。

下圖中可以看到一個這樣的示例電路。

Rs 值可以使用以下公式確定：

Rs= VGS關(guān)閉［ 1 - （ ID/我DSS）1/2］ / ID

哪里我D是輸出端所需的調(diào)節(jié)電流量。

耗盡型MOSFET在電流源應(yīng)用中的主要優(yōu)點(diǎn)是其最小的漏極電容，這使得它們適合低輸入漏電流、中速（》50 V/us）電路中的偏置應(yīng)用。

下圖顯示了采用雙低漏電功能FET的低輸入漏電流差分前端。

一般來說，JFET的任一側(cè)都會在ID = 500 uA時偏置。因此，充電補(bǔ)償和雜散電容可獲得的電流被限制為2ID，在這種情況下，限制為1.0

mA。JFET的相應(yīng)功能經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，并在數(shù)據(jù)表上得到保證。

Cs

表示輸入級“尾部”電流源的輸出電容。該電容在同相放大器中至關(guān)重要，因?yàn)檩斎爰壴谡麄€網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷大量的信號交換，并且Cs中的充電電流可能很大。如果使用正常電流源，該尾電容可能是導(dǎo)致同相電路中明顯壓擺率下降的原因（與反相應(yīng)用相比，其中Cs中的充電電流往往很小）。

壓擺率的下降可以表示為：

1 / 1+ （銫/鈰）

只要Cs低于Cc（補(bǔ)償電容），壓擺率幾乎不會有任何變化。使用DMOS FET，Cs可以達(dá)到2 pF左右。這種策略極大地改善了壓擺率。如果需要高于 1

至 5 mA 的電流不足，可將器件偏置至增強(qiáng)模式，以產(chǎn)生高達(dá) 20 mA 的電流，最大 V一般事務(wù)人員+2.5 V，最小輸出電容仍然是關(guān)鍵方面。

下面的下一個應(yīng)用展示了一個合適的增強(qiáng)模式電流源電路。

可以構(gòu)建“常導(dǎo)”模擬開關(guān)，以滿足在電源電壓故障期間需要標(biāo)準(zhǔn)條件的要求，例如自動校準(zhǔn)測試工具或確保在開關(guān)導(dǎo)通時準(zhǔn)確啟動邏輯電路。

該器件降低的負(fù)閾值電壓提供了基本的驅(qū)動先決條件，并允許以最小電壓工作。

下面的電路演示了任何耗盡模式DMOS模擬開關(guān)的常見偏置因素。

為了使器件關(guān)斷，柵極上必須有一個負(fù)電壓。話雖如此，當(dāng)FET使用正柵極電壓額外增強(qiáng)時，導(dǎo)通電阻可以最小化，使其專門用于增強(qiáng)模式區(qū)域和耗盡模式區(qū)域。

下圖中可以看到此響應(yīng)。

該器件的高頻增益及其低電容值提供了更高的“品質(zhì)因數(shù)”。它確實(shí)是VHF和UHF放大中的關(guān)鍵元件，它指定了FET的增益帶寬積（GBW），可以描述為：

GBW = gfs / 2π（C在+ C外）

p溝道耗盡型MOSFET

p溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)與圖5.23所示的n溝道版本完全相反。這意味著，基板現(xiàn)在采用n型的形式，通道變?yōu)閜型，如下面的圖5.28a所示。

端子標(biāo)識保持不變，但電壓和電流極性相反，如圖所示。漏極特性與圖5.25所示完全相同，但V除外DS符號，在這種情況下將獲得負(fù)值。

漏極電流ID在這種情況下也顯示出正極性，那是因?yàn)槲覀円呀?jīng)顛倒了它的方向。V一般事務(wù)人員顯示相反的極性，這是可以理解的，如圖5.28c所示。

因?yàn)閂一般事務(wù)人員反轉(zhuǎn)產(chǎn)生傳輸特性的鏡像，如圖5，28b所示。

這意味著，漏極電流在正V中增加一般事務(wù)人員從V處的截止點(diǎn)開始的區(qū)域一般事務(wù)人員= Vp 直到我DSS，然后它繼續(xù)上升為 V

的負(fù)值一般事務(wù)人員上升。

符號

n溝道和p溝道耗盡型MOSFET的圖形符號可以在上圖中看到。5.29.

觀察所選符號旨在表示設(shè)備真實(shí)結(jié)構(gòu)的方式。

柵極和通道之間沒有直接互連（由于柵極絕緣）由柵極和符號的不同端子之間的間隙表示。

代表溝道的垂直線連接在漏極和源極之間，并由基板“固定”。

上圖中為每種類型的通道提供了兩組符號，以強(qiáng)調(diào)在某些設(shè)備中，基板可以從外部訪問，而在另一些設(shè)備中可能看不到。

場效應(yīng)管（增強(qiáng)型）

雖然耗盡型和增強(qiáng)型MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能模式看起來相似，但它們的特性可能大不相同。

主要區(qū)別在于漏極電流取決于用于切斷動作的特定柵源電壓水平。

確切地說，n溝道增強(qiáng)型MOSFET可以在正柵極/源極電壓下工作，而不是通常會影響耗盡型MOSFET的一系列負(fù)電位。

基本建設(shè)

您可以在下圖

中可視化n溝道增強(qiáng)型MOSFET。5.31.

p型材料部分是通過硅基創(chuàng)建的，并且在將其稱為襯底之前所了解的。

在某些情況下，該基板在耗盡型MOSFET中與源極引腳內(nèi)部連接，而在某些情況下，它作為第四根引線端接，以實(shí)現(xiàn)對其電位電平的外部控制。

源極和漏極端子像往常一樣使用金屬觸點(diǎn)連接到n摻雜區(qū)域。

但是，在圖中將其可視化可能很重要。5.31 兩個N摻雜區(qū)域之間的通道缺失。

這可以被認(rèn)為是耗盡型和增強(qiáng)型MOSFET內(nèi)部布局之間的根本區(qū)別，即缺少本應(yīng)是器件一部分的固有通道。

碳化硅2可以看到層仍然普遍存在，這確保了柵極端子的金屬基座與漏極和源極之間的區(qū)域之間的隔離。然而，在這里可以看到它與p型材料部分分開站立。

從上面的討論中，我們可以得出結(jié)論，耗盡和增強(qiáng)MOSFET的內(nèi)部布局可能有一些相似之處，除了增強(qiáng)型MOSFET的漏極/源極之間缺少通道。

基本操作和特點(diǎn)

用于增強(qiáng)型MOSFET，當(dāng)在其V處引入0

V時一般事務(wù)人員，由于缺少n溝道（已知攜帶大量自由載流子）導(dǎo)致電流輸出為零，這與耗盡型MOSFET完全不同，具有ID= IDSS.

在這種情況下，由于漏極/源極的路徑缺失，大量電子形式的載流子無法在漏極/源極積聚（由于n摻雜區(qū)域）。

在V處應(yīng)用一些正電位DS，帶

V一般事務(wù)人員設(shè)置為零伏，SS端子與源極端子短路，我們實(shí)際上在n摻雜區(qū)域和p基板之間發(fā)現(xiàn)了幾個反向偏置的p-n結(jié)，以實(shí)現(xiàn)任何明顯的導(dǎo)通，通過漏極到源極。

在圖內(nèi)。5.32 顯示 V 的條件DS和 V一般事務(wù)人員施加一些高于 0 V 的正電壓，使漏極和柵極相對于源極處于正電位。

柵極處的正電位推動p基板上沿SiO邊緣的孔2層離開該位置并更深入地進(jìn)入p基底的區(qū)域，如上圖所示。發(fā)生這種情況是因?yàn)橄嗷ヅ懦獾念愃齐姾伞?/p>

這導(dǎo)致在SiO附近產(chǎn)生耗盡區(qū)域2無孔的絕緣層。

盡管如此，作為材料的少數(shù)載流子的p襯底電子被拉向正柵極并開始聚集在靠近SiO表面的區(qū)域。2層。

由于SiO的絕緣性能2層負(fù)載流子允許負(fù)載流子在柵極端子處被吸收。

隨著我們增加 V 的水平一般事務(wù)人員，電子密度接近SiO2表面也增加，直到最終誘導(dǎo)的n型區(qū)域能夠允許跨漏極/源極的可量化傳導(dǎo)。

五世一般事務(wù)人員導(dǎo)致漏極電流最佳增加的幅度稱為閾值電壓，用符號VT表示。在數(shù)據(jù)表中，您將能夠?qū)⑵湟暈?V總（千）。

如上所述，由于 V 處沒有通道一般事務(wù)人員= 0，并且隨著正柵源電壓應(yīng)用的“增強(qiáng)”，這種類型的MOSFET被稱為增強(qiáng)型MOSFET。

您會發(fā)現(xiàn)耗盡型和增強(qiáng)型MOSFET都具有增強(qiáng)型區(qū)域，但術(shù)語增強(qiáng)用于后者，因?yàn)樗鼘ｉT使用增強(qiáng)工作模式。

現(xiàn)在，當(dāng)V一般事務(wù)人員被推超過閾值，自由載流子的濃度將在誘導(dǎo)它的通道中提高。這會導(dǎo)致漏極電流增加。

另一方面，如果我們保持

V一般事務(wù)人員常數(shù)并增加VDS（漏源電壓）水平，這將最終導(dǎo)致MOSFET達(dá)到其飽和點(diǎn)，這通常也會發(fā)生在任何JFET或耗盡MOSFET上。

如圖所示。5.33 漏極電流ID借助夾斷過程趨于平穩(wěn)，由朝向感應(yīng)通道漏極端的較窄通道指示。

通過將基爾霍夫電壓定律應(yīng)用于圖中MOSFET的端電壓。5.33，我們得到：

如果 V一般事務(wù)人員保持恒定為特定值，例如 8 V 和 VDS從 2 V 升高到 5 V，電壓 V危險品方程5.11從-6 V下降到-3

V，柵極電位相對于漏極電壓越來越小。

這種響應(yīng)禁止自由載流子或電子被拉向感應(yīng)通道的該區(qū)域，這反過來又導(dǎo)致通道的有效寬度下降。

最終，通道寬度減小到夾斷點(diǎn)，達(dá)到類似于我們在之前的耗盡MOSFET文章中已經(jīng)學(xué)到的飽和條件。

意思是，增加 VDS任何進(jìn)一步的固定 V一般事務(wù)人員不影響 I 的飽和度D，直到達(dá)到故障情況。

查看圖 5.34，我們可以確定圖 5.33 中的 MOSFET 具有 V一般事務(wù)人員= 8 V，飽和發(fā)生在 VDS電平為 6

V。準(zhǔn)確地說，VDS飽和度與應(yīng)用的 V 相關(guān)聯(lián)一般事務(wù)人員級別依據(jù)：

毫無疑問，它因此意味著當(dāng) VT值是固定的，增加V的水平一般事務(wù)人員將成比例地導(dǎo)致 V 的飽和度更高DS通過飽和水平的軌跡。

參考上圖所示的特性，VT電平為2 V，漏極電流已降至0 mA這一事實(shí)就可以看出這一點(diǎn)。

因此，通常我們可以說：

當(dāng)VGS值小于增強(qiáng)型MOSFET的閾值電平時，其漏極電流為0 mA。

從上圖中我們也可以清楚地看到，只要V.一般事務(wù)人員從 V 提高到更高T至 8 V，I 的相應(yīng)飽和水平D也從 0 增加到 10 mA 電平。

此外，我們可以進(jìn)一步注意到 V 之間的空間一般事務(wù)人員水平隨著 V 值的增加而增加一般事務(wù)人員，導(dǎo)致漏極電流無限上升。

我們發(fā)現(xiàn)漏極電流值與V的柵源電壓有關(guān)。一般事務(wù)人員通過以下非線性關(guān)系大于 VT 的水平：

方括號所示的項(xiàng)是負(fù)責(zé)I之間非線性相關(guān)性的項(xiàng)D和 V一般事務(wù)人員。

術(shù)語k是一個常數(shù)，是MOSFET布局的函數(shù)。

我們可以通過以下等式找出這個常數(shù) k 的值：

其中 ID（開）和 V廣東（上）每個值都專門取決于設(shè)備的特性。

在下圖中。5.35 下面我們發(fā)現(xiàn)漏極和轉(zhuǎn)移特性一個并排排列，以闡明彼此之間的轉(zhuǎn)移過程。

基本上，它類似于前面解釋的JFET和耗盡型MOSFET的過程。

但是，對于本例，我們必須記住，V的漏極電流為0 mA一般事務(wù)人員VT.

在這里我D可能會看到明顯的電流量，根據(jù)公式 5.13 確定，電流會增加。

請注意，在從漏極特性定義傳遞特性上的點(diǎn)時，我們只考慮飽和度水平。這會將操作區(qū)域限制為高于方程 （5.12） 確定的飽和水平的 VDS 值。

p溝道增強(qiáng)型MOSFET

p溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)如圖所示。5.37a 與圖 中顯示的正好相反。5.31.

這意味著，現(xiàn)在你會發(fā)現(xiàn)n型基板和p摻雜區(qū)域在漏極和源極接頭下方。

端子繼續(xù)保持既定狀態(tài)，但每個電流方向和電壓極性都相反。

漏極特性如圖所示。5.37c，具有不斷增加的電流量，由V的連續(xù)更負(fù)的幅度引起一般事務(wù)人員。

轉(zhuǎn)移特性將是鏡像印象（圍繞 ID軸）的傳遞曲線。5.35，有我D隨著 V 的負(fù)值越來越多而增加一般事務(wù)人員以上 VT，如圖所示。5.37b. 公式

（5.11） 至 （5.14） 同樣適用于 p 溝道器件。