金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）是一種電壓控制器件，由源極、漏極、柵極和主體等端子構(gòu)成，用于放大或切換電路內(nèi)的電壓，也廣泛用于數(shù)字應(yīng)用的 IC。此外，也用于放大器和濾波器等模擬電路。MOSFET的設(shè)計(jì)主要是為了克服FET的缺點(diǎn)，例如高漏極電阻、中等輸入阻抗和運(yùn)行緩慢。MOSFET有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。本文主要介紹耗盡型MOSFET，以及它的使用場(chǎng)景。

什么是耗盡型MOSFET？

連接時(shí)通常打開而不施加任何柵極電壓的MOSFET稱為耗盡型MOSFET。在這個(gè)MOSFET中，電流從漏極端流向源極。這種類型的MOSFET也被稱為通常在設(shè)備上。

一旦在MOSFET的柵極端施加電壓，源極溝道的漏極將變得更具電阻。當(dāng)柵源電壓增加更多時(shí)，從漏極到源極的電流將減少，直到電流從漏極到源極的流動(dòng)停止。

耗盡型MOSFET符號(hào)

p 溝道和 n 溝道的耗盡型MOSFET符號(hào)如下所示。在這些MOSFET中，箭頭符號(hào)表示MOSFET的類型，如 P 型或 N 型。如果箭頭符號(hào)在內(nèi)部方向，則它是 n 通道，如果箭頭符號(hào)在外部，則它是 p 通道。

耗盡型MOSFET如何工作？

默認(rèn)情況下會(huì)激活耗盡型MOSFET。在這里，源極和漏極是物理連接的。要了解MOSFET的工作原理，讓我們了解耗盡型MOSFET的類型。

耗盡型MOSFET的類型

耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)因類型而異。MOSFET有兩種類型的 p 溝道耗盡模式和 n 溝道耗盡模式。因此，下面將討論每種耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)及其工作原理。

N 溝道耗盡型MOSFET

N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在這種耗盡型MOSFET中，源極和漏極通過(guò)一小條 N 型半導(dǎo)體連接。這種MOSFET中使用的襯底是 P 型半導(dǎo)體，電子是這種MOSFET中的主要電荷載流子。在這里，源極和漏極被重?fù)诫s。

N 溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型 n 溝道MOSFET結(jié)構(gòu)相同，只是其工作方式不同。源極和漏極端子之間的間隙由n型雜質(zhì)組成。

當(dāng)我們?cè)谠礃O和漏極等兩個(gè)端子之間施加電位差時(shí)，電流會(huì)流過(guò)襯底的整個(gè) n 區(qū)。當(dāng)在該MOSFET的柵極端施加負(fù)電壓時(shí)，電荷載流子（如電子）將在介電層下方的 n 區(qū)域內(nèi)被排斥并向下移動(dòng)。因此，在通道內(nèi)將發(fā)生電荷載流子耗盡。

因此，整體溝道電導(dǎo)率降低。在這種情況下，一旦在 GATE 端施加相同的電壓，漏極電流就會(huì)減小。一旦負(fù)電壓進(jìn)一步增加，它就會(huì)達(dá)到夾斷模式。

這里的漏極電流是通過(guò)改變溝道內(nèi)電荷載流子的耗盡來(lái)控制的，所以這被稱為耗盡型MOSFET。這里，漏極端子處于+ve電位，柵極端子處于-ve電位，源極處于“0”電位。因此，與源極與柵極相比，漏極與柵極之間的電壓變化較高，因此與源極端相比，耗盡層寬度與漏極相比較高。

P溝道耗盡型MOSFET

在 P 溝道耗盡型MOSFET中，一小條 P 型半導(dǎo)體連接源極和漏極。源極和漏極為P型半導(dǎo)體，襯底為N型半導(dǎo)體。大多數(shù)電荷載流子是空穴。

p 溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與 n 溝道耗盡型MOSFET完全相反。該MOSFET包括一個(gè)在源極和漏極區(qū)域之間制成的溝道，該溝道用p 型雜質(zhì)重度摻雜。因此，在這個(gè)MOSFET中，使用了 n 型襯底，溝道為 p 型，如圖所示。

一旦我們?cè)贛OSFET的柵極端施加 +ve 電壓，那么 p 型區(qū)域中的少數(shù)電荷載流子（如電子）將由于靜電作用而被吸引并形成固定的負(fù)雜質(zhì)離子。因此，將在通道內(nèi)形成耗盡區(qū)，因此，通道的電導(dǎo)率會(huì)降低。這樣，通過(guò)在柵極端施加+ve電壓來(lái)控制漏極電流。

一旦我們?cè)贛OSFET的柵極端施加 +ve 電壓，那么 p 型區(qū)域中的少數(shù)電荷載流子（如電子）將由于靜電作用而被吸引并形成固定的負(fù)雜質(zhì)離子。因此，將在通道內(nèi)形成耗盡區(qū)，因此，通道的電導(dǎo)率會(huì)降低。這樣，通過(guò)在柵極端施加+ve電壓來(lái)控制漏極電流。

要激活這種耗盡型MOSFET，柵極電壓必須為 0V，并且漏極電流值要大，以便晶體管處于有源區(qū)。因此，再次打開這個(gè)MOSFET，+ve 電壓在源極端給出。因此，如果有足夠的正電壓并且在基極端子上沒(méi)有施加電壓，這個(gè)MOSFET將處于最大工作狀態(tài)并具有高電流。

要停用 P 溝道耗盡型MOSFET，有兩種方法可以切斷偏置正電壓，即為漏極供電，否則您可以向柵極端子施加 -ve 電壓。一旦向柵極端子提供-ve 電壓，電流將減小。隨著柵極電壓變得更負(fù)，電流減小直到截止，然后MOSFET將處于“關(guān)閉”狀態(tài)。因此，這會(huì)阻止大的源極漏電流。

因此，一旦向該MOSFET的柵極端子提供了更多的 -ve 電壓，那么該MOSFET將在源極 - 漏極端子上傳導(dǎo)更少和更少的電流。一旦柵極電壓達(dá)到某個(gè) -ve 電壓閾值，它就會(huì)關(guān)閉晶體管。因此，-ve 電壓關(guān)閉晶體管。

N溝道耗盡型MOSFET的漏極特性

n 溝道耗盡型MOSFET的漏極特性如下所示。這些特性繪制在 VDS 和 IDSS 之間。當(dāng)我們繼續(xù)增加 VDS 值時(shí)，ID 將增加。達(dá)到一定電壓后，漏極電流 ID 將變?yōu)槌?shù)。Vgs = 0 時(shí)的飽和電流值稱為 IDSS。

每當(dāng)施加的電壓為負(fù)時(shí)，柵極端子處的該電壓就會(huì)將電荷載流子（如電子）推向基板。而且這個(gè) p 型襯底內(nèi)的空穴也會(huì)被這些電子吸引。因此，由于這個(gè)電壓，通道內(nèi)的電子將與空穴重新結(jié)合。復(fù)合的速率將取決于施加的負(fù)電壓。

一旦我們?cè)黾舆@個(gè)負(fù)電壓，復(fù)合率也會(huì)增加，這樣就會(huì)減少。該通道內(nèi)可用的電子數(shù)量，將有效地減少電流。

當(dāng)我們觀察上述特性時(shí)，可以看出當(dāng) VGS 值變得更負(fù)時(shí)，漏極電流會(huì)減小。在一定的電壓下，這個(gè)負(fù)電壓會(huì)變?yōu)榱?。該電壓稱為夾斷電壓。

這個(gè)MOSFET也適用于正電壓，所以當(dāng)我們?cè)跂艠O端施加正電壓時(shí)，電子將被吸引到 N 溝道。所以沒(méi)有。該通道內(nèi)的電子數(shù)量將增加。所以這個(gè)通道內(nèi)的電流會(huì)增加。所以對(duì)于正的 Vgs 值，ID 會(huì)比 IDSS 還要大。

N溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性

N 溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性如下所示，與 JFET 類似。這些特性定義了固定 VDS 值的 ID 和 VGS 之間的主要關(guān)系。對(duì)于正的 VGS 值，我們也可以得到 ID 值。

因此，特性曲線將延伸到右側(cè)。每當(dāng) VGS 值為正時(shí)，沒(méi)有。通道內(nèi)的電子數(shù)會(huì)增加。當(dāng) VGS 為正時(shí)，該區(qū)域?yàn)樵鰪?qiáng)區(qū)域。類似地，當(dāng) VGS 為負(fù)時(shí)，該區(qū)域稱為耗盡區(qū)。

ID和Vgs的主要關(guān)系可以用ID = IDSS (1-VGS/VP)^2來(lái)表示。通過(guò)使用這個(gè)表達(dá)式，我們可以找到 Vgs 的 ID 值。

P溝道耗盡型MOSFET的漏極特性

P溝道耗盡型MOSFET的漏極特性如下所示。這里，VDS電壓為負(fù)，Vgs電壓為正。一旦我們繼續(xù)增加 Vgs，Id（漏極電流）就會(huì)減小。在夾斷電壓下，該 Id（漏極電流）將變?yōu)榱恪Ｒ坏?VGS 為負(fù)值，則 ID 值甚至?xí)哂?IDSS。

P溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性

P 溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性如下所示，它是 n 溝道耗盡型MOSFET傳輸特性的鏡像。在這里我們可以觀察到，從截止點(diǎn)到 IDSS，正 VGS 區(qū)域的漏極電流增強(qiáng)，然后隨著負(fù) VGS 值的增加，它繼續(xù)增加。

耗盡型MOSFET應(yīng)用包括：

（1）在恒流源和線性穩(wěn)壓器電路中用作傳輸晶體管。
（2）廣泛用于啟動(dòng)輔助電源電路。
（3）通常，這些MOSFET在沒(méi)有施加電壓時(shí)會(huì)打開，這意味著它們可以在正常條件下傳導(dǎo)電流。因此，這在數(shù)字邏輯電路中用作負(fù)載電阻。
（4）用于 PWM IC 內(nèi)的反激電路。
（5）用于電信交換機(jī)、固態(tài)繼電器等。
（6）用于電壓掃描電路、電流監(jiān)控電路、LED陣列驅(qū)動(dòng)電路等。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的芯片知識(shí)。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。