MOSFET( 金氧场效应晶体管) MOSFET 金属- 氧化层- 半导体- 场效晶体管,简称金氧半场效晶体管( Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET ) 是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管( field-effect transistor )。 MOSFET 依照其“通道”的极性不同,可分为 n-type 与 p-type 的 MOSFET , 通常又称为 NMOSFET 与 PMOSFET , 其他简称尚包括 NMOS FET 、 PMOS FET 、 nMOSFET 、 pMOSFET 等。目录要使增强型 N 沟道 MOSFET 工作,要在 G、S 之间加正电压 VGS 及在 D、S 之间加正电压 VDS ,则产生正向工作电流 ID 。改变 VGS 的电压可控制工作电流 ID 。如图 3 所示(上面↑)。若先不接 VGS( 即 VGS=0) ,在 D与S 极之间加一正电压 VDS ,漏极 D 与衬底之间的 PN 结处于反向,因此漏源之间不能导电。如果在栅极 G与源极 S 之间加一电压 VGS 。此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板, 而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上 VGS 时, 在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷,而在绝缘层和 P 型衬底界面上感应出负电荷( 如图 3)。这层感应的负电荷和 P 型衬底中的多数载流子( 空穴) 的极性相反,所以称为“反型层”, 这反型层有可能将漏与源的两 N 型区连接起来形成导电沟道。当 VGS 电压太低时, 感应出来的负电荷较少, 它将被 P 型衬底中的空穴中和, 因此在这种情况时, 漏源之间仍然无电流 ID。当 VGS 增加到一定值时, 其感应的负电荷把两个分离的 N 区沟通形成 N 沟道, 这个临界电压称为开启电压( 或称阈值电压、门限电压) ,用符号 VT 表示( 一般规定在 ID=10u A 时的 VGS 作为 VT) 。当 VGS 继续增大,负电荷增加,导电沟道扩大,电阻降低, ID 也随之增加, 并且呈较好线 所示。此曲线称为转换特性。因此在一定范围内可以认为,改变 VGS 来控制漏源之间的电阻, 达到控制 ID 的作用。苏州工职院机电 07C3-CZW- 手打由于这种结构在 VGS=0 时, ID=0 ,称这种 MOSFET 为增强型。另一类 MOSFET ,在 VGS=0 时也有一定的 ID( 称为 IDSS) , 这种 MOSFET 称为耗尽型。它的结构如图 5 所示,它的转移特性如图 6 所示。 VP 为夹断电压(ID=0) 。耗尽型与增强型主要区别是在制造 SiO2 绝缘层中有大量的正离子,使在P 型衬底的界面上感应出较多的负电荷, 即在两个 N 型区中间的 P 型硅内形成一 N 型硅薄层而形成一导电沟道, 所以在 VGS=0 时,有 VDS 作用时也有一定的 ID(IDSS) ;当 VGS 有电压时( 可以是正电压或负电压), 改变感应的负电荷数量, 从而改变 ID 的大小。 VP 为 ID=0 时的-VGS , 称为夹断电压。编辑本段详细信息与相关发展 MOSFET 在概念上属于“绝缘栅极场效晶体管”( Insulated-Gate Field Effect Transistor, IGFET ) ,而 IGFET 的栅极绝缘层有可能是其他物质而非 MOSFET 使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效晶体管元件时比较喜欢用 IGFET ,但是这些 IGFET 多半指的是 MOSFET 。 MOSFET 里的氧化层位于其通道上方,依照其操作电压的不同,这层氧化物的厚度仅有数十至数百埃( Aring; ) 不等, 通常材料是二氧化硅( silicon dioxide, SiO2 ) ,不过有些新的进阶制程已经可以使用如氮氧化硅( silicon oxynitride, SiON )做为氧化层之用。今日半导体元件的材料通常以硅( silicon )为首选,但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的制程, 当中最著名的例如 IBM 使用硅与锗( germanium ) 的混合物所发展的硅锗制程( silicon-germanium process, SiGe process ) 。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料,如砷化镓( gallium arsenide, GaAs ) ,因为无法在表面长出品质够好的氧化层,所以无法用来制造 MOSFET 元件。当一个够大的电位差施于 MOSFET 的栅极与源极( source )之间时, 电场会在氧化层下方的半导体表面形成感应电荷, 而这时所谓的“反型层”( inversion ch