MOSFET-金属氧化物半导体场效应晶体管

MOSFET,金属氧化物半导体场效应晶体管或FET在栅极和通道之间具有氧化物膜,以增加输入阻抗并减少总电路电流。


FET,现场效应晶体管包括:
FET基础FET规格JFETMOSFET双门MOSFET动力MOSFETmesfet / gaas fetHemt&PhemtFinFET技术IGBT碳化硅,SIC MOSFETgan fet / hemt


MOSFET或金属氧化物半导体场效应晶体管是FET的一种形式,具有极高的输入阻抗。

栅极输入具有一个从通道中绝缘的氧化物层,因此其输入电阻为非常多的MΩ。

与连接FET相比,MOSFET具有许多不同的特征,因此可以在许多不同的区域中使用,并且能够提供出色的性能。

使用MOSFET技术的一个特定领域是CMOS逻辑集成电路。非常高的输入阻抗意味着这些电路能够消耗非常低的功率水平,这意味着可以实现高水平的集成。

塑料封装中的典型离散MOSFET -2N7000 N通道MOSFET
塑料封装中的典型离散MOSFET

MOSFET开发

MOSFET的概念已经闻名了很多年,但仅在1960年代中期至后期才变得重要。

MOSFET的早期发展遇到的主要问题之一与开发绝缘氧化物层有关。这些问题只有随着半导体材料和处理技术的改善而克服了。结果,在1960年代后期,MOSFET技术变得更加普遍。

现在,MOSFET技术是使用最广泛的半导体技术之一,已成为集成电路技术的主要要素之一。

MOSFET电路符号

MOSFET有多种不同的电路符号。鉴于所使用的不同标准品种以及不同类型的MOSFET,可以看到许多不同的MOSFET电路符号。

MOSFET电路符号:增强,耗​​竭,N通道,P通道
MOSFET电路符号

MOSFET电路符号注释:

  • 基本MOSFET的电路符号(最左图)表明该设备具有散装基板 - 这是由基板中央区域上的箭头指示的。
  • 中心显示的MOSFET电路符号和标记的“增强无块半”均有效且经常使用。它们表示没有散装半导体的增强MOSFET。
  • 耗尽模式MOSFET通常表示,如大多数截面所示。

P通道和N通道类型的MOSFET电路符号均为SHWN。漏极显示在顶部,因为这通常是在电路图上看到的。

带FET电路符号的MOSFET

MOSFET关键参数

在查看MOSFET的操作之前,值得总结与MOSFET技术相关的一些关键功能。


关键MOSFET功能
特征 细节
门构建 栅极通过氧化物层与通道物理绝缘。施加到栅极的电压控制通道的电导率,这是由于电场在绝缘介电层上诱导的电源。
N / P通道 N通道和P通道变体都有
增强 /消耗 增强和耗竭类型都可以使用。顾名思义,耗尽模式MOSFET通过耗尽或从通道中删除当前载体来起作用,而增强类型则根据栅极电压增加载体数量。

MOSFET可以被描述为N通道和P通道。每个都有不同的特征:


N通道和P通道MOSFET的关键特征的比较
范围 N通道 P通道
源 /排水材料 n型 P型
通道材料 P型 n型
阈值电压vTh 消极的 掺杂依赖
底物材料 P型 P型
反转层载体 电子

MOSFET操作:MOSFET如何工作

像其他形式的FET一样,在MOSFET通道中流动的电流受栅极上存在的电压控制。因此,此类MOSFET广泛用于开关和放大器等应用中。他们还能够消耗非常低的电流水平,因此它们被广泛用于微处理器,逻辑集成电路等。CMOS集成电路使用MOSFET技术。

笔记:鉴于MOSFET的结构 - 它的门是通过薄氧化物层与通道绝缘的,这意味着如果不正确处理,它可能会被静态损坏,或者电路不能充分保护它。

与其他形式的FET一样,MOSFET也以耗竭模式和增强模式变体提供。增强模式是通常被称为通常关闭的情况,即vGS栅极源电压为零,需要一个栅极电压才能将其打开,而另一个形式的删除模式设备通常在V时启动GS为零。

MOSFET可以在三个区域中运行:

  • 截止区域:在MOSFET的这个区域中,处于非导电状态,即关闭 - 通道电流iDS= 0GS小于传导所需的阈值电压。
  • 线性区域:在该线性区域中,通道是由栅极电压进行和控制的。使MOSFET处于这种状态GS必须大于阈值电压以及通道上的电压VDS必须大于VGS
  • 饱和区域:在该地区,MOSFET努力打开。MOSFET的电压降通常低于双极晶体管的电压降,因此,功率MOSFET被广泛用于切换大电流。

    TO220包装中的电源MOSFET,VDSS为600伏,最大电流为4安培
    TO220包装中的电源MOSFET
    切换不同类型的MOSFET
    MOSFET类型 vGS+ve vGS0 vGS-ve
    N通道增强 离开 离开
    N通道耗竭 离开
    P通道增强 离开 离开
    P通道耗竭 离开

MOSFET结构

正如已经暗示的MOSFET的关键因素是,栅极通过薄氧化物层从通道中绝缘。这构成了其结构的关键要素之一。

对于N通道设备,电流流由电子运载,在下面的图中可以看出,使用N+区域形成了排水和源,这些区域为这些区域提供了良好的电导率。

在某些结构中,N+区域是在形成栅极区域后使用离子植入形成的。这样,他们被自称为大门。

源和闸门排水重叠的门需要确保有连续的通道。该设备通常是对称的,因此可以互换来源和排水。在某些更高的电源设计上,情况并非总是如此。

增强模式MOSFET结构
N通道增强模式MOSFET结构

从图可以看出,底物是与通道相反的类型,即P型而不是N型等。这是为了实现源和排水隔离而进行的。

该通道上的氧化物通常会在热生长,因为这确保了与底物的良好接口,并且最常见的栅极材料是多硅烷,尽管可以使用一些金属和硅化剂。

耗尽模式的结构略有不同。为此,在基板内设置了单独的N型通道。

耗尽模式MOSFET结构
n通道耗竭模式MOSFET结构

P通道FET并未被广泛使用。造成这种情况的主要原因是,孔的移动性水平不如电子水平,因此性能不那么高。但是,通常需要用于互补电路,主要是为了使它们制造或纳入ICS。



MOSFET可能是使用最广泛的活动设备。由于它们出现在CMO和其他集成电路技术中,因此它们可以实现非常低的功率运行 - 对非常大规模集成的要求,否则功耗会太高。

它们不仅用于IC技术,而且还用作离散组件,在该组件中它们也能够提供很高的输入阻抗水平以及振荡器,放大器和许多其他电路的低噪声操作。

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