模拟电路设计（7）--- 增强型MOSFET

这篇我们开始讲一讲MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），MOS-FET从本质上来看和J-FET一样也属于“多子”器件，但从控制机理上有所不同。

增强型MOSFET器件结构和原理

控制机理上MOS-FET的栅极与管子的其余部分绝缘，靠栅源极电压来控制载流子运动。N-MOSFET是一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底，并在源极S和漏极D两个区域制作两个掺杂浓度较高的N型半导体区域，通过欧姆电极与源极和漏极相连。由上图可以看出，栅极G和S、D极之间是有一层二氧化硅，因此，栅极与管子的其余部分绝缘。所以，这种FET称为绝缘栅型场效应管。在底层的金属衬底上引出电极B，称为背面栅极。

那么，栅极和其他部分绝缘，是如何影响载流子的运动的呢？答案就是电场，见下图。

我们可以发现，当Ugs=0时，MOS-FET就是两个共阳极的二极管，B极是公共阳极，S、D极是两个阴极。这时，不管S、D之间加何种极性电压（当然不能超过最大耐压），都不会有电流产生，此时可认为MOS-FET是截止的。当背栅极B与源极短接，并给G、S极间加上正电压，如上图所示，那么就会形成一个与P-衬底相垂直的电场。当Ugs超过某个临界值，垂直电场到达一定强度，较多的电子被吸引到P型硅表面，在两个N型半导体区域之间形成导电的N沟道，这样S、D极的N沟道形成一体，与下面的P型硅形成PN结。此时，在D、S间施加正向电压，PN结反向截止，所以，D、S、N沟道区下面存在一层耗尽区，与背栅极衬底隔离开。那么，此时D、S极间，就会有不经过衬底的电流，通过N沟道由漏区到达源区，形成漏电流Id。那么，我们就把刚开始出现N沟道的Ugs称为开启电压，称为Ut。

N沟道增强型MOS-FET的伏安特性曲线

N-MOSFET转移特性曲线

由图中可以看到

1. 当0<Ugs<Ut，Id=0，N沟道未开启

2. 当Ugs>Ut，导电沟道建立，Id>0，外加的正栅极电压越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，Id越大。MOS管处于导通状态，如下关系式成立，要求满足Uds>（Ugs-Ut）

其中Idx对应某一栅极电压Ugsx的Id值

N沟道增强型MOS-FET输出特性曲线

N沟道增强型MOSFET输出特性曲线

MOS-FET输出特性曲线也有可变电阻区、恒流区、截止区、击穿区，在恒流区，Id受控于Ugs，类似J-FET这里就不再赘述了。MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同，只是增强型MOS管中不用夹断电压Up，而用开启电压Ut表征管子的特性。

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