金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）是一種電壓控制器件，由源極、漏極、柵極和主體等端子構成，用于放大或切換電路內的電壓，也廣泛用于數字應用的 IC。此外，也用于放大器和濾波器等模擬電路。MOSFET的設計主要是為了克服FET的缺點，例如高漏極電阻、中等輸入阻抗和運行緩慢。MOSFET有增強型和耗盡型兩種。本文主要介紹耗盡型MOSFET，以及它的使用場景。
什么是耗盡型MOSFET？
連接時通常打開而不施加任何柵極電壓的MOSFET稱為耗盡型MOSFET。在這個MOSFET中，電流從漏極端流向源極。這種類型的MOSFET也被稱為通常在設備上。
一旦在MOSFET的柵極端施加電壓，源極溝道的漏極將變得更具電阻。當柵源電壓增加更多時，從漏極到源極的電流將減少，直到電流從漏極到源極的流動停止。
耗盡型MOSFET符號
p 溝道和 n 溝道的耗盡型MOSFET符號如下所示。在這些MOSFET中，箭頭符號表示MOSFET的類型，如 P 型或 N 型。如果箭頭符號在內部方向，則它是 n 通道，如果箭頭符號在外部，則它是 p 通道。
耗盡型MOSFET如何工作？
默認情況下會激活耗盡型MOSFET。在這里，源極和漏極是物理連接的。要了解MOSFET的工作原理，讓我們了解耗盡型MOSFET的類型。
耗盡型MOSFET的類型
耗盡型MOSFET結構因類型而異。MOSFET有兩種類型的 p 溝道耗盡模式和 n 溝道耗盡模式。因此，下面將討論每種耗盡型MOSFET結構及其工作原理。
N 溝道耗盡型MOSFET
N溝道耗盡型MOSFET的結構如下圖所示。在這種耗盡型MOSFET中，源極和漏極通過一小條 N 型半導體連接。這種MOSFET中使用的襯底是 P 型半導體，電子是這種MOSFET中的主要電荷載流子。在這里，源極和漏極被重摻雜。
N 溝道耗盡型MOSFET結構與增強型 n 溝道MOSFET結構相同，只是其工作方式不同。源極和漏極端子之間的間隙由n型雜質組成。
當我們在源極和漏極等兩個端子之間施加電位差時，電流會流過襯底的整個 n 區。當在該MOSFET的柵極端施加負電壓時，電荷載流子（如電子）將在介電層下方的 n 區域內被排斥并向下移動。因此，在通道內將發生電荷載流子耗盡。
因此，整體溝道電導率降低。在這種情況下，一旦在 GATE 端施加相同的電壓，漏極電流就會減小。一旦負電壓進一步增加，它就會達到夾斷模式。
這里的漏極電流是通過改變溝道內電荷載流子的耗盡來控制的，所以這被稱為耗盡型MOSFET。這里，漏極端子處于+ve電位，柵極端子處于-ve電位，源極處于“0”電位。因此，與源極與柵極相比，漏極與柵極之間的電壓變化較高，因此與源極端相比，耗盡層寬度與漏極相比較高。
P溝道耗盡型MOSFET
在 P 溝道耗盡型MOSFET中，一小條 P 型半導體連接源極和漏極。源極和漏極為P型半導體，襯底為N型半導體。大多數電荷載流子是空穴。
p 溝道耗盡型MOSFET結構與 n 溝道耗盡型MOSFET完全相反。該MOSFET包括一個在源極和漏極區域之間制成的溝道，該溝道用p 型雜質重度摻雜。因此，在這個MOSFET中，使用了 n 型襯底，溝道為 p 型，如圖所示。
一旦我們在MOSFET的柵極端施加 +ve 電壓，那么 p 型區域中的少數電荷載流子（如電子）將由于靜電作用而被吸引并形成固定的負雜質離子。因此，將在通道內形成耗盡區，因此，通道的電導率會降低。這樣，通過在柵極端施加+ve電壓來控制漏極電流。
一旦我們在MOSFET的柵極端施加 +ve 電壓，那么 p 型區域中的少數電荷載流子（如電子）將由于靜電作用而被吸引并形成固定的負雜質離子。因此，將在通道內形成耗盡區，因此，通道的電導率會降低。這樣，通過在柵極端施加+ve電壓來控制漏極電流。
要激活這種耗盡型MOSFET，柵極電壓必須為 0V，并且漏極電流值要大，以便晶體管處于有源區。因此，再次打開這個MOSFET，+ve 電壓在源極端給出。因此，如果有足夠的正電壓并且在基極端子上沒有施加電壓，這個MOSFET將處于最大工作狀態并具有高電流。
要停用 P 溝道耗盡型MOSFET，有兩種方法可以切斷偏置正電壓，即為漏極供電，否則您可以向柵極端子施加 -ve 電壓。一旦向柵極端子提供-ve 電壓，電流將減小。隨著柵極電壓變得更負，電流減小直到截止，然后MOSFET將處于“關閉”狀態。因此，這會阻止大的源極漏電流。
因此，一旦向該MOSFET的柵極端子提供了更多的 -ve 電壓，那么該MOSFET將在源極 - 漏極端子上傳導更少和更少的電流。一旦柵極電壓達到某個 -ve 電壓閾值，它就會關閉晶體管。因此，-ve 電壓關閉晶體管。
N溝道耗盡型MOSFET的漏極特性
n 溝道耗盡型MOSFET的漏極特性如下所示。這些特性繪制在 VDS 和 IDSS 之間。當我們繼續增加 VDS 值時，ID 將增加。達到一定電壓后，漏極電流 ID 將變為常數。Vgs = 0 時的飽和電流值稱為 IDSS。
每當施加的電壓為負時，柵極端子處的該電壓就會將電荷載流子（如電子）推向基板。而且這個 p 型襯底內的空穴也會被這些電子吸引。因此，由于這個電壓，通道內的電子將與空穴重新結合。復合的速率將取決于施加的負電壓。
一旦我們增加這個負電壓，復合率也會增加，這樣就會減少。該通道內可用的電子數量，將有效地減少電流。
當我們觀察上述特性時，可以看出當 VGS 值變得更負時，漏極電流會減小。在一定的電壓下，這個負電壓會變為零。該電壓稱為夾斷電壓。
這個MOSFET也適用于正電壓，所以當我們在柵極端施加正電壓時，電子將被吸引到 N 溝道。所以沒有。該通道內的電子數量將增加。所以這個通道內的電流會增加。所以對于正的 Vgs 值，ID 會比 IDSS 還要大。
N溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性
N 溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性如下所示，與 JFET 類似。這些特性定義了固定 VDS 值的 ID 和 VGS 之間的主要關系。對于正的 VGS 值，我們也可以得到 ID 值。
因此，特性曲線將延伸到右側。每當 VGS 值為正時，沒有。通道內的電子數會增加。當 VGS 為正時，該區域為增強區域。類似地，當 VGS 為負時，該區域稱為耗盡區。
ID和Vgs的主要關系可以用ID = IDSS (1-VGS/VP)^2來表示。通過使用這個表達式，我們可以找到 Vgs 的 ID 值。
P溝道耗盡型MOSFET的漏極特性
P溝道耗盡型MOSFET的漏極特性如下所示。這里，VDS電壓為負，Vgs電壓為正。一旦我們繼續增加 Vgs，Id（漏極電流）就會減小。在夾斷電壓下，該 Id（漏極電流）將變為零。一旦 VGS 為負值，則 ID 值甚至會高于 IDSS。
P溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性
P 溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性如下所示，它是 n 溝道耗盡型MOSFET傳輸特性的鏡像。在這里我們可以觀察到，從截止點到 IDSS，正 VGS 區域的漏極電流增強，然后隨著負 VGS 值的增加，它繼續增加。
耗盡型MOSFET應用包括：
（1）在恒流源和線性穩壓器電路中用作傳輸晶體管。
（2）廣泛用于啟動輔助電源電路。
（3）通常，這些MOSFET在沒有施加電壓時會打開，這意味著它們可以在正常條件下傳導電流。因此，這在數字邏輯電路中用作負載電阻。
（4）用于 PWM IC 內的反激電路。
（5）用于電信交換機、固態繼電器等。
（6）用于電壓掃描電路、電流監控電路、LED陣列驅動電路等。
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