什么是MOSFET？MOSFET晶体管的工作原理及应用

MOSFET晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种由金属、氧化物和半导体材料组成的场效应晶体管。它是一种电子设备，用于控制电流通过半导体管的能力。MOSFET晶体管有三个主要区域：源极（Source），漏极（Drain）和栅极（Gate）。通过改变栅极-源极之间的电压，可以控制源极-漏极之间的电流。它具有高输入电阻和低输出电阻的特点，可以在电路中作为开关或放大器使用。MOSFET晶体管在现代电子设备中得到广泛应用，如集成电路、功率放大器、电源调节器等。

MOSFET晶体管符号

MOSFET晶体管结构

在 N 型 MOSFET 中，两个掺杂 N 区域组合成一个轻掺杂 P 衬底。 栅极端子上涂有氧化硅 (SiO2) 层以提供绝缘。铝探针可用于连接栅极、漏极和源极。二氧化硅（SiO2）层使 FET 和 MOSFET 有所不同。

简而言之，由于有氧化层，它是压控IC。源极和漏极之间的电导率由栅极端子处的电压决定。 从源极 (S) 到漏极 (D) 的传导路径称为通道。它的宽度由 Gate(G) 控制。

N沟道MOSFET内部结构 

MOSFET晶体管类型

它又可以进一步细分为两种类型。这些类型为：N 沟道 MOSFET 和 P 沟道 MOSFET。

• N沟道MOSFET：在 N 沟道 MOSFET 中，两个 N 层之间有一个单层 P 层。由于带负电的电子而产生电流。
• P沟道MOSFET：在 P 沟道 MOSFET 中，两个 P 层之间存在单个 N 层。电流是由带正电的空穴引起的。

MOSFET晶体管工作原理   

MOSFET晶体管的工作原理是利用栅极电压对源漏电流的调控。根据栅极电压的不同，可以将MOSFET分为两种类型：N型MOSFET和P型MOSFET。

N型MOSFET的工作原理如下：

1. 在无栅源极电压的情况下，当源极与漏极之间施加正向电压，形成一个正向偏置，电流可以流过N型沟道。

2. 当向栅极施加正电压时，栅极与沟道之间形成一个正电荷，形成一个正电场，使N型沟道中的自由电子被击穿，形成一个导电通道。

3. 当栅极电压降低或为零时，沟道中的导电通道消失，MOSFET断开，电流无法通过。

P型MOSFET的工作原理与N型MOSFET相反。

我们以 N 型 MOSFET 为例：

在其栅极端子上施加正电压将通过在漏极和源极之间建立桥来使其导电。这称为增强模式下的行动。适用于Gate终端。下面的氧化层吸引电子并排斥空穴。元素积聚在氧化硅层下方。随着栅极端子电压的增加，更多的电子被吸引，N 型 MOSFET 的导通也会增加。如果栅极端子处的电压反转，则会排斥电子并吸引空穴。漏极和源极之间的连接将断开且 MOSFET 处于耗尽模式。

MOSFET电路

MOSFET晶体管应用领域  

MOSFET晶体管广泛应用于各种电子设备中，包括集成电路、功率放大器、开关电源、电调电路等。其应用包括以下几个方面：

1. 逻辑门和存储器单元：MOSFET可用于构建逻辑门，比如与门、或门、非门等，也可用于存储器单元，如静态随机存储器（SRAM）。

2. 放大器：由于MOSFET具有高输入电阻和低输出电阻的特点，可用作放大器，如音频放大器、功率放大器等。

3. 电源调节器：由于MOSFET具有高效率和低功耗的特点，可用于电源调节器，如开关模式电源调节器。

4. 数模转换器：MOSFET可用作模拟开关，实现模拟信号和数字信号之间的转换，如模拟开关、模拟开关多路复用器等。

5. 逆变器和变频器：MOSFET可用于构建逆变器和变频器，用于将直流电转换为交流电，广泛应用于电力系统及驱动电机等。