场效应管的各种常见的MOSFET技术

场效应管的各种常见的MOSFET技术场效应晶体管场效应晶体管(FieldEffectTransistor缩写(FET))简称场效应管。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。场效应管(FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。各种常见的MOSFET技术双栅极MOSFET双栅极(dual-gate)MOSFET通常用在射频(RadioFrequency,RF)集成电路中，这种MOSFET的两个栅极都可以控制电流大小。在射频电路的应用上，双栅极MOSFET的第二个栅极大多数用来做增益、混频器或是频率转换的控制。耗尽型MOSFET一般而言，耗尽型(depletionmode)MOSFET比前述的增强型(enhancementmode)MOSFET少见。耗尽型MOSFET在制造过程中改变掺杂到通道的杂质浓度，使得这种MOSFET的栅极就算没有加电压，通道仍然存在。如果想要关闭通道，则必须在栅极施加负电压。耗尽型MOSFET最大的应用是在“常关型”(normally-off)的开关，而相对的，加强式MOSFET则用在“常开型”(normally-on)的开关上。NMOS逻辑同样驱动能力的NMOS通常比PMOS所占用的面积小，因此如果只在逻辑门的设计上使用NMOS的话也能缩小芯片面积。不过NMOS逻辑虽然占的面积小，却无法像CMOS逻辑一样做到不消耗静态功率，因此在1980年代中期后已经渐渐退出市场。功率MOSFET功率晶体管单元的截面图。通常一个市售的功率晶体管都包含了数千个这样的单元。主条目：功率晶体管功率MOSFET和前述的MOSFET元件在结构上就有著显著的差异。一般集成电路里的MOSFET都是平面式(planar)的结构，晶体管内的各端点都离芯片表面只有几个微米的距离。而所有的功率元件都是垂直式(vertical)的结构，让元件可以同时承受高电压与高电流的工作环境。一个功率MOSFET能耐受的电压是杂质掺杂浓度与N型磊晶层(epitaxiallayer)厚度的函数，而能通过的电流则和元件的通道宽度有关，通道越宽则能容纳越多电流。对于一个平面结构的MOSFET而言，能承受的电流以及崩溃电压的多寡都和其通道的长宽大小有关。对垂直结构的MOSFET来说，元件的面积和其能容纳的电流成大约成正比，磊晶层厚度则和其崩溃电压成正比。功率MOSFET的工作原理截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子一电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。值得一提的是采用平面式结构的功率MOSFET也并非不存在，这类元件主要用在高级的音响放大器中。平面式的功率MOSFET在饱和区的特性比垂直结构的MOSFET更好。垂直式功率MOSFET则取其导通电阻(turn-onresistance)非常小的优点，多半用来做开关切换之用。DMOSDMOS是双重扩散MOSFET(double-DiffusedMOSFET)的缩写，它主要用于高压，属于高压MOS管范畴。以MOSFET实现模拟开关MOSFET在导通时的通道电阻低，而截止时的电阻近乎无限大，所以适合作为模拟信号的开关(信号的能量不会因为开关的电阻而损失太多)。MOSFET作为开关时，其源极与漏极的分别和其他的应用是不太相同的，因为信号可以从MOSFET栅极以外的任一端进出。对NMOS开关而言，电压最负的一端就是源极，PMOS则正好相反，电压最正的一端是源极oMOSFET开关能传输的信号会受到其栅极一源极、栅极一漏极，以及漏极到源极的电压限制，如果超过了电压的上限可能会导致MOSFET烧毁。MOSFET开关的应用范围很广，举凡需要用到取样持有电路(sample-and-holdcircuits)或是截波电路(choppercircuits)的设计，例如类比数位转换器(A/Dconverter)或是切换电容滤波器(switch-capacitorfilter)上都可以见到MOSFET开关的踪影。单一MOSFET开关当NMOS用来做开关时，其基极接地，栅极为控制开关的端点。当栅极电压减去源极电压超过其导通的临界电压时，此开关的状态为导通。栅极电压继续升高，则NMOS能通过的电流就更大。NMOS做开关时操作在线性区，因为源极与漏极的电压在开关为导通时会趋向一致。PMOS做开关时，其基极接至电路里电位最高的地方，通常是电源。栅极的电压比源极低、超过其临界电压时，PMOS开关会打开。NMOS开关能容许通过的电压上限为(Vgate-Vthn)，而PMOS开关则为(Vgate+Vthp)，这个值通常不是信号原本的电压振幅，也就是说单一MOSFET开关会有让信号振幅变小、信号失真的缺点。双重MOSFET(CMOS)开关为了改善前述单一MOSFET开关造成信号失真的缺点，于是使用一个PMOS加上一个NMOS的CMOS开关成为目前最普遍的做法。CMOS开关将PMOS与NMOS的源极与漏极分别连接在一起，而基极的接法则和NMOS与PMOS的传统接法相同。当输入电压在(VDD-Vthn)和(VSS+Vthp)时，PMOS与NMOS都导通，而输入小于(VSS+V