增强型MOSFET：工作原理、差异及其应用

发布时间: 2023-05-20 02:33:06 电子资讯发布人: 久芯网浏览量: 33

金属氧化物半导体场效应晶体管是一种具有绝缘栅极的场效应晶体管，主要用于放大或切换信号。现在在模拟和数字电路中，MOSFET被更频繁地用作。。。

金属氧化物半导体场效应晶体管是一种具有绝缘栅极的场效应晶体管，主要用于放大或切换信号。现在，在模拟和数字电路中，与BJT相比，MOSFET的使用频率更高。MOSFET主要用于放大器，因为它们的输入阻抗是无限的，所以它可以让放大器捕获几乎所有的输入信号。与BJT相比，MOSFET的主要优点是，它几乎不需要输入电流来控制负载电流。MOSFET分为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET两种。因此，本文提供了有关增强型MOSFET–使用应用程序。

什么是增强型MOSFET？

以增强模式工作的MOSFET被称为E-MOSFET或增强型MOSFET。增强模式意味着，每当朝着该MOSFET的栅极端子的电压增加时，从漏极到源极的电流将增加更多，直到达到最高电平。这种MOSFET是一种三端电压控制器件，其端是源极、栅极和漏极。

这些MOSFET的特点是低功耗、制造简单和几何形状小。因此，这些功能将使它们在集成电路中使用。当在栅极和源极端子之间没有施加电压时，在该MOSFET的漏极（D）和源极（S）之间没有通路。因此，在栅极到源极施加电压将增强沟道，使其能够传导电流。这种特性是将这种器件称为增强型MOSFET的主要原因。

增强型MOSFET符号

P沟道和N沟道的增强MOSFET符号如下所示。在下面的符号中，我们可以注意到，一条虚线只是从源极连接到衬底端子，这表示增强模式类型。

EMOSFET中的导电性通过增加氧化物层而增强，氧化物层向沟道添加电荷载流子。通常，这一层被称为反转层。

该MOSFET中的沟道形成在D（漏极）和S（源极）之间。在N沟道型中，使用P型衬底，而在P沟道类型中，使用N型衬底。这里，由于电荷载流子的原因，沟道导电性主要相应地取决于P型或N型沟道。

增强型Mosfet工作原理

增强型MOSFET常关，这意味着当连接增强型MOSFET时，当没有电压施加到其栅极端子时，将不会有电流从端子漏极（D）流到源极（S）。这就是将这种晶体管称为常闭装置.

EMOSFET without Channel — **无通道的EMOSFET**

类似地，如果将电压提供给该MOSFET的栅极端子，那么漏极-源极沟道将变得电阻非常小。当从栅极到源极端子的电压增加时，从漏极到源极的电流也将增加，直到从漏极端子到源极提供最高电流为止。

建设

这个增强型MOSFET的构建如下所示。这种MOSFET包括栅极、漏极和源极三层。MOSFET的主体被称为内部连接到源极的衬底。在MOSFET中，金属栅极端子与半导体层通过二氧化硅层绝缘，否则为介电层。

Enhancement MOSFET Construction — **增强型MOSFET结构**

这种EMOSFET由两种材料构成，如P型和N型半导体。衬底为器件提供物理支撑。薄的SiO层和出色的电绝缘体简单地覆盖了源极和漏极端子之间的区域。在氧化物层上，金属层形成栅电极。

在这种结构中，这两个N区在轻掺杂的p型衬底上相隔几微米的距离。这两个N区的执行方式与源极端子和漏极端子类似。在表面上，形成了一层薄的绝缘层，称为二氧化硅。在该层上形成的电荷载流子（如空穴）将为源极和漏极端子建立铝接触。

该导电层的工作方式类似于铺设在SiO2上的终端栅极以及沟道的整个区域。然而，对于传导，它不包含任何物理沟道。在这种增强型MOSFET中，p型衬底延伸到整个SiO2层上。

工作

EMOSFET的工作是当VGS为0V时，则没有通道连接源极和漏极。p型衬底只有少量热产生的少数电荷载流子，如自由电子，因此漏极电流为零。由于这个原因，这个MOSFET将正常关闭。

一旦栅极（G）为正（+ve），它就会吸引少数电荷载流子，如来自p–衬底的电子，这些电荷载流子将通过SiO2层下的空穴结合。进一步增加VGS，则电子将具有足够的电势来过渡和键合，并且更多的电荷载流子，即电子沉积在沟道中。

在这里，电介质用于防止电子在二氧化硅层上移动。这种累积将导致漏极和源极端子之间形成n沟道。因此，这可能导致产生的漏极电流流过整个通道。该漏极电流简单地与沟道电阻成比例，沟道电阻进一步取决于被吸引到栅极+ve端子的电荷载流子。

增强型MOSFET的类型

它们有两种类型N沟道增强MOSFET和P沟道增强MOSFET.

在N沟道增强型中，使用轻掺杂的p衬底，并且两个重掺杂的N型区域将形成源极和漏极端子。在这种类型的E-MOSFET中，大多数电荷载流子是电子。请参阅此链接了解更多关于–N沟道MOSFET的信息。

在P沟道型中，使用轻掺杂的N衬底，并且两个重掺杂的P型区域将形成源极和漏极端子。在这种类型的E-MOSFET中，大多数电荷载流子是空穴。请参阅此链接了解更多关于–P沟道MOSFET的信息。

特点

下面讨论n沟道增强MOSFET和p沟道增强的VI和漏极特性。

排水特性

这个N沟道增强型mosfet漏极特性如下所示。在这些特性中，我们可以观察到不同Vgs值的Id和Vds之间绘制的漏极特性，如图所示。正如你所看到的，当Vgs值增加时，电流“Id”也会增加。

特性上的抛物线将显示VDS的轨迹，其中Id（漏极电流）将饱和。在该图中，显示了线性或欧姆区域。在该区域中，MOSFET可以起到电压控制电阻器的作用。因此，对于固定的Vds值，一旦我们改变Vgs电压值，那么沟道宽度就会改变，或者我们可以说沟道的电阻会改变。

N channel EMOSFET Drain Characteristics — **N沟道EMOSFET漏极特性**

欧姆区域是电流“IDS”随着VDS值的增加而增加的区域。一旦MOSFET被设计为在欧姆区工作，那么它们就可以用作放大器.

晶体管导通并开始在整个沟道中流动电流的栅极电压被称为阈值电压（VT或VTH）。对于N沟道，该阈值电压值的范围为0.5V–0.7V，而对于P沟道器件，其范围为-0.5V至-0.8V。

每当Vds＜Vgs Vt&Vgs＞Vt时，在这种情况下，MOSFET将在线性区域中操作。因此，在这个地区，它可以作为电压控制电阻器.

在截止区域中，当电压Vgs＜VT时，则整个MOSFET的电流为零，否则我们可以说MOSFET将保持在截止状态。

每当mosfet在轨迹的右侧工作时，我们可以说它是在饱和区因此，从数学上讲，每当Vgs电压大于或等于Vgs-Vt时，它都在饱和区域中操作。所以这都是关于增强型mosfet不同区域的漏极特性。

传输特性

这个N沟道增强型mosfet的传输特性如下所示。传输特性显示了输入电压“Vgs”和输出漏极电流“Id”之间的关系。这些特性基本上显示了当Vgs值发生变化时，“Id”是如何变化的。因此，从这些特性中，我们可以观察到漏极电流“Id”在阈值电压之前为零。之后，当我们增加Vgs值时，“Id”将增加。

电流“Id”和Vgs之间的关系可以给出为Id=k（Vgs-Vt）^2。这里，“K”是设备常数，它取决于设备的物理参数。因此，通过使用这个表达式，我们可以找到固定Vgs值的漏极电流值。

N Channel EMOSFET Transfer Characteristics — **N沟道EMOSFET传输特性**

P沟道增强MOSFET

这个P沟道增强型mosfet漏极特性如下所示。这里，Vds和Vgs将是负的。漏极电流“Id”将从源极提供给漏极端子。从这张图中我们可以注意到，当Vgs变得更负时，漏极电流“Id”也会增加。

Characteristics of P Channel Enhancement MOSFET — **P沟道增强MOSFET的特性**

当Vgs＞VT时，则该MOSFET将在截止区域中操作。类似地，如果你观察这个MOSFET的传输特性，那么它将是N沟道的镜像。

Transfer Characteristics of P Channel Enhancement — **P通道增强的传输特性**

应用

增强型MOSFET的偏置

通常，增强型MOSFET（E-MOSFET）要么用分压器偏置，要么用漏极反馈偏置。但是E-MOSFET不能有自我偏见&零偏见。

分压器偏置

N沟道E-MOSFET的分压器偏置如下所示。分压器偏置类似于使用BJT的分压器电路。事实上，N沟道增强MOSFET需要比其源极高的栅极端子，就像NPN BJT需要比其发射极高的基极电压一样。

在这个电路中，像R1和R2这样的电阻器被用来制作用于建立栅极电压的分压器电路。

当E-MOSFET的源极直接连接到GND时，VGS=VG。因此，需要将电阻器R2两端的电位设置为高于VGS（th），以使E-MOSFFET特性方程（如I）正常工作<sub>D=K（V_天然气-五_天然气第（th））^2。

通过知道VG值，使用E-MOSFET的特性方程来建立漏极电流。但是，根据VGS（打开）和ID（打开）坐标对，设备常数“K”是唯一可以为任何特定设备计算的缺失因子。

Coordinate Pair on EMOSFET — EMOSFET上的坐标对

常数“K”是从类似K=I的E-MOSFET的特征方程中导出的_D/（五）_天然气-五_天然气第（th））^2。

K=I_D/（五）_天然气-五_天然气第（th））^2。

因此，该值用于其他偏置点。

漏极反馈偏置

这种偏置使用上述特性曲线上的“开”操作点。其想法是通过适当选择电源和漏极电阻器来设置漏极电流。漏极反馈电路原型如下所示。

这是一个非常简单的电路，使用了一些基本组件。通过应用KVL可以理解此操作。

五、_日=伏_第三方+五_反应堆+五_天然气

五、_日=我_DR_D+我_GR_G+五_天然气

在这里，栅极电流是不重要的，因此上述方程将变为

五、_日=我_DR_D+五_天然气

以及V_数据集=五、_天然气

因此

五、_天然气=伏_数据集=伏_日−I_DR_D

这个方程可以用作偏置电路设计的基础。

增强型MOSFET与耗尽型MOSFET

增强型mosfet和耗尽型mosfet之间的区别包括以下几点。

增强型MOSFET	耗尽型MOSFET
增强型MOSFET也称为E-MOSFET。	耗尽型MOSFET也称为D-MOSFET。
在增强模式中，沟道最初不存在，并且由施加到栅极端子的电压形成。	在耗尽模式中，沟道是在晶体管的构造时永久制造的。
通常情况下，在栅极（G）到源极（S）电压为零时，它是OFF设备。	在栅极（G）到源极（S）电压为零时，它通常是一个ON器件。
这种MOSFET在关断条件下不能传导电流。	这种MOSFET可以在关断条件下传导电流。
要使这个MOSFET导通，它需要正的栅极电压。	要使这个MOSFET导通，它需要负栅极电压。
这种MOSFET具有扩散和漏电流。	这种MOSFET没有扩散和漏电流。
它没有永久通道。	它有一个永久的通道。
栅极端子处的电压与漏极端子处的电流成正比。	栅极处的电压与漏极处的电流成反比。

请参阅此链接了解更多关于耗尽型MOSFET的信息。

这个增强型MOSFET的应用包括以下内容。

通常，增强型MOSFET用于开关、放大器和反相器电路。
这些用于不同的电机驱动器、数字控制器和电力电子IC。
它被用于数字电子领域。

因此，这一切都是关于增强MOSFET的概述——与应用程序一起工作。E-MOSFET有高功率和低功率两种版本，仅在增强模式下运行。这里有一个问题要问你，什么是耗尽型MOSFET？

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