什么是MOSFET？

MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种通常用作电压控制开关的半导体器件。

它由三个端子组成：栅极、漏极和源极。MOSFET 的主要目的是有效地向负载输送电力。

什么是MOSFET？
什么是MOSFET？
什么是MOSFET？

MOSFET 如何工作？

MOSFET 是一种由栅极、源极和漏极组成的电压控制器件。栅极电压通常由微控制器或驱动 IC 提供。

通过将栅极电压施加到栅极端，电流将开始从源极流向漏极端。

MOSFET 如何工作？
MOSFET 如何工作？
MOSFET 如何工作？

为了了解电流的效率，我们可以看看设备的 R DS(on)额定值。R DS(on)是器件开启时从源极端子到漏极端子的电阻。该额定值以欧姆或毫欧姆为单位。

RDS(on) 额定值
RDS(on) 额定值
RDS(on) 额定值

MOSFET 有两种不同的模式：增强型和耗尽型。这两种模式都有两种通道类型：N通道和P通道。增强模式意味着设备始终处于关闭状态，需要栅极电压才能打开。

另一方面，耗尽模式意味着器件始终处于开启状态，需要栅极电压才能关闭。目前最常用的MOSFET是N沟道增强型器件。

两种不同的 MOSFET 模式
两种不同的 MOSFET 模式
两种不同的 MOSFET 模式

MOSFET结构

MOSFET在结构上也可以是横向的，也可以是纵向的，也就是说MOSFET的导电通道可以是横向的，也可以是垂直的。

横向MOSFET结构

在横向结构中，所有三个端子都位于顶部，位于硅片的同一侧。

它对于平面型 MOSFET 来说非常常见，并且现在仍可用于低功率 MOSFET，例如小信号类型。

横向MOSFET结构
横向MOSFET结构
横向MOSFET结构

垂直MOSFET结构

在垂直型 MOSFET 中，栅极和源极端子通常位于顶部，在芯片的同一侧，而漏极端子位于垂直相对的一侧，正如您在此处看到的。

这种结构被称为沟槽 MOSFET，它是当今 MOSFET 供应商最常用的设计。例如， CoolMOS™ 、 OptiMOS™和StrongIRFET ™都是垂直型沟槽MOSFET。

垂直MOSFET结构
垂直MOSFET结构
垂直MOSFET结构
N型增强型平面MOSFET
N型增强型平面MOSFET
N型增强型平面MOSFET

让我们使用N型增强模式平面MOSFET来深入了解MOSFET结构。最重要的元素是金属氧化物半导体界面，因为它负责其运行。在这里，您可以看到N型增强模式平面MOSFET的详细结构。

MOSFET 结构的基础是硅材料，其中掺杂了少量硼原子，使其浓度略呈 P 型。这被称为p衬底。为了构建源极和漏极区域，使用高能量和高浓度的N型原子注入。

栅极氧化物由薄氧化物构成，位于源极和漏极之间的硅区域上，并与这些区域部分重叠。当施加栅极电压时，负原子被吸引到栅极下方，从而形成N沟道。这时，电流就会开始流动。

请注意，其他制造步骤可能因 MOSFET 类型而异。尽管如此，这些是 MOSFET 的基本操作构建模块。

N沟道MOSFET的工作模式

MOSFET 以三种不同的模式运行：耗尽、积累和反转。

这些模式指的是 MOSFET 通道的状态，如下所述：

耗尽模式是指MOSFET处于关断状态。即栅极电压低于栅极阈值电压时。

栅极阈值电压是在漏极和源极端子之间形成通道所需的最小电压。

因此，当栅极电压低于栅极阈值电压时，漏极和源极之间会形成耗尽层，MOSFET处于关断状态。这样，就不会有电流流动。

耗尽模式
耗尽模式
耗尽模式

当栅极电压增加到零以上但仍低于阈值电压时，就会发生累积模式。这是由于正栅极电压导致的通道形成之初发生的。

请注意，通道中可能会出现非常小的亚阈值或漏电流！在这里，反转层开始形成，栅极下方的 P 衬底的极性开始发生变化。

耗尽模式
耗尽模式
耗尽模式

反转模式有两种操作类型：

› 三极管或线性模式

› 饱和模式

我们首先关注第一个问题。在此操作模式下，电流随施加的漏极电压线性增加。

在这种情况下，栅极电压高于栅极阈值电压。反型层增加，漏极和源极之间形成N沟道，这意味着电流将会流动。该电流与栅极和漏极电压成正比，该电压高于零。

另一方面，当流经设备的电流开始趋于平稳或变平时，就会出现饱和模式。

发生这种情况是因为电流不能随着施加的漏极电压长时间以线性方式增加。

当漏极电压达到等于栅极电压与阈值电压之差的值时，导电通道将被“夹断”，电流将保持恒定。

这种“夹断”现象是由于漏极电压增加引起的漏极端子反向偏置效应而发生的。

耗尽模式
耗尽模式
耗尽模式

电流-电压曲线示例

右侧是与线性和饱和模式相关的典型数据表曲线，我们可以看到电压和输出电流之间的关系。

电流-电压曲线示例
电流-电压曲线示例
电流-电压曲线示例

通过分析该图，我们可以看到漏源电流和漏源电压之间的关系，适用于不同的栅极源电压值。

这里，虚线表示饱和边界的边缘，直到电流随施加的漏极电压线性增加。当超过该限制时，漏极电流会随着漏极电压的增加而保持大致恒定。

漏源电流与漏源电压的关系
漏源电流与漏源电压的关系
漏源电流与漏源电压的关系

通过分析该图，我们可以看到漏源电流和漏源电压之间的关系，适用于不同的栅极源电压值。

这里，虚线表示饱和边界的边缘，直到电流随施加的漏极电压线性增加。当超过该限制时，漏极电流会随着漏极电压的增加而保持大致恒定。

此外，该图还显示了漏极电压固定值时漏极电流与施加的栅极电压之间的关系。

如您所见，一旦栅极电压高于阈值电压，电流就会迅速增加。

请注意，在达到阈值电压之前会有一定量的电流流动。这被称为亚阈值电流或漏电流。

漏源电流与漏源电压的关系
漏源电流与漏源电压的关系
漏源电流与漏源电压的关系

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