MOSFET:金属-氧化物半导体场效应晶体管

摘要:
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种可以广泛应用于模拟和数字电路的场效应晶体管。基极和源极通常连接在一起,因此分布式MOSFET通常是三端组件。然而,集成电路中的MOSFET通常使用相同的基极。对于NMOS,大多数载流子是电子;对于PMOS,大多数载流子是空穴。场效应晶体管是电压控制元件,而双极结晶体管是电流控制元件。

金属-氧化物半导体场效应晶体管,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”(工作载流子)的极性不同,可分为“N型”与“P型” 的两种类型,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称上包括NMOS、PMOS等

N沟道MOSFET可以理解为在P型基座上刨除两个N型沟道,如下

MOSFET:金属-氧化物半导体场效应晶体管第1张

源极与漏极的特性必须同为N型(即NMOS)或是同为P型(即PMOS)

基座连着栅极G,所以栅极是p, 漏极D(drain)和源极S是N极,下属是N型MOSFET物理符号:

MOSFET:金属-氧化物半导体场效应晶体管第2张

集成电路芯片上的MOSFET为四端元件,所以除了栅极、源极、漏极外,尚有一基极(Bulk或是Body)。

MOSFET:金属-氧化物半导体场效应晶体管第3张

上图能看出,栅极G不是P,N结,只是金属极,NOMS基底是P型,通道D/S是N型。通过在栅极加正向(NMOS,加正电压到G极把电子吸引到G极是两个N通道导通)或者负向电压(PMOS,基底是N型,通道D/S 是P型,加负电压把电子推走,吸引空穴到表面形成通道)来使D极和S极导通。

通常把基极和源极接在一起,故分布式MOSFET通常为三端元件。而在集成电路中的MOSFET通常因为使用同一个基极。

在源极与漏极之间被一个极性相反的区域隔开,也就是所谓的基极(或称基体)区域。如果是NMOS,那么其基体区的掺杂就是P型

对这个NMOS而言,真正用来作为通道、让载流子通过的只有MOS电容正下方半导体的表面区域。当一个正电压施加在栅极上,带负电的电子就会被吸引至表面,形成通道,让N型半导体的多数载流子—电子可以从源极流向漏极。如果这个电压被移除,或是放上一个负电压,那么通道就无法形成,载流子也无法在源极与漏极之间流动。

假设操作的对象换成PMOS,那么源极与漏极为P型、基体则是N型。在PMOS的栅极上施加负电压,则半导体上的空穴会被吸引到表面形成通道,半导体的多数载流子—空穴则可以从源极流向漏极。假设这个负电压被移除,或是加上正电压,那么通道无法形成,一样无法让载流子在源极和漏极间流动。

源极在MOSFET里的意思是“提供多数载流子的来源”。对NMOS而言,多数载流子是电子;对PMOS而言,多数载流子是空穴。相对的,漏极就是接受多数载流子的端点。

一个完整的MOSFET结构需要一个提供多数载流子(majority carrier)的源极以及接受这些多数载流子的漏极。

箭头方向永远从P端指向N端,所以箭头从通道 指向 “基极” 端的为P型的MOSFET,或简称PMOS(代表此元件的通道为P型);

反之若箭头从 基极 指向 通道,则代表基极为P型,而通道为N型,此元件为N型的MOSFET,简称NMOS。

场效应晶体管是电压控制元件,而双极结型晶体管是电流控制元件。在只允许从取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用双极晶体管。

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