MOSFET 開關晶體管
MOS 管是 “金屬（Metal）氧化物（Oxide）半導體（Semi）” 場效應晶體管，或者稱是 “金屬（Metal）絕緣體（Insulator）半導體（Semi）” 場效應晶體管。英文縮寫后為 MOS，MOS 和三極管（BJT）有些類似之處，比如也是三個極，不過名字不同，為 Gate 柵極（G 極），Source 源極（S 極），Drain 漏極（D極）。
金屬-氧化物-半導體-場效應晶體管，英文全稱為 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，這就得到第二種簡寫 MOSFET。所以以后看到 MOS 或 MOSFET 指的都是同一類東西。
MOS 管的應用非常廣泛，大至功率變換器，小至內存，CPU 內部細小的數(shù)字電路元件，無一不用到 MOS。
1. MOS 分類規(guī)則
MOS 管根據(jù)制作工藝不同分為 P 型管（P 型溝道）和 N 型管（N 型溝道）。按溝道創(chuàng)建方式可分為耗盡型（當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道）和增強型（當柵極電壓不為零時漏源極之間就存在導電溝道）。
對于 N 溝道 MOS，柵極電壓大于零時才存在導電溝道，對于 P 溝道 MOS，柵極電壓小于零時才存在導電溝道。
在耗盡型 MOS 中存在預先構建的溝道，因此柵源極不施加電壓就已經(jīng)存在導電溝道，施加電壓導電溝道反而逐漸消失。相反，在增強型 MOS 中，不存在任何預先構建的溝道，需要施加電壓后才會逐漸出現(xiàn)導電溝道。
總結
所以所謂場效應指的就是通過給柵極 G 和源極 S 施加電壓，加壓后產(chǎn)生電場效應，該效應可以在半導體內部開啟或關閉導電溝道的晶體管叫場效應晶體管，導電溝道開啟后漏極 D 和 源極 S 之間就可以通過一定大小的電流。
2. 理解 MOS 符號
按照 MOS 的分類規(guī)則可知，共有四種不同的符號對應工藝和溝道的分類組合，當然不同用途的 MOS 管在符號上可能有些差別（比如箭頭和 S 極是連接在一起的，當然實際 MOS 確實是這樣做的，襯底與源極連接接在一起），但都大同小異的，可以使用相同的方法理解。
(1) 對于 MOS 器件符號，區(qū)分 P 溝道與 N 溝道就是靠箭頭方向，箭頭方向遵循一個準則，P 指向 N，如果溝道是 P 型，則由溝道指向外，如果溝道是 N 型，則由外指向溝道。
(2) 區(qū)分增強型和耗盡型靠區(qū)分符號豎線是虛線還是實線，虛線可以理解為我沒有很多東西需要購買（增加），那虛線就代表增強型。實線可以理解為東西很多需要賣出去（消耗），那實線就代表耗盡型。
3. N 溝道增強型
N 溝道增強型 MOS，以一塊低摻雜的 P 型硅片為襯底，利用擴散工藝制作兩個高摻雜的 N+ 區(qū)，并引入兩個電極分別為源極 S(Source) 和漏極 D(Drain)，半導體上制作一層 SiO2 絕緣層，再在 SiO2 上面制作一層金屬鋁（Al），引出電極，作為柵極 G(Gate)，如下圖。
通常將襯底與源極接在一起使用，這樣，柵極和襯底各相當于一個極板，中間是絕緣層，形成電容。由于柵極與其它電極之間是相互絕緣的，所以 MOS 又被稱為絕緣柵型場效應管。
工作原理
(1) 當柵極 G 和源極 S 之間不加任何電壓（VGS），即 VGS=0 時，由于漏極和源極兩個 N+ 型區(qū)之間隔有 P 型襯底，相當于兩個背靠背連接的 PN 結，它們之間的電阻很大，所以在漏、源極之間加任何極性的電壓，都不會產(chǎn)生漏極電流。
(2) 在柵極 G 和源極 S 之間加正電壓（VGS），即 VGS>0 時，則在柵極與襯底之間產(chǎn)生一個由柵極 G 指向襯底的電場。在這個電場的作用下，P 襯底表面附近的空穴受到排斥將向下方運動，電子受電場的吸引向襯底表面運動，與襯底表面的空穴復合，形成了一層 “耗盡層”（上圖中的虛線）。
(3) 如果進一步提高 VGS 電壓，使 VGS 達到某一電壓時，P 襯底表面層中空穴全部被排斥和耗盡，而自由電子大量地被吸引到表面層，由量變到質變，使表面層變成了自由電子為多子的 N 型層，稱為 “反型層”（即導電溝道，下圖中的虛線內白色溝道區(qū)域）。
反型層將源極 S 和 漏極 D 兩個 N+ 型區(qū)相連通，構成了漏、源極之間的 N 型導電溝道。把開始形成導電溝道所需的柵-源電壓（簡稱 VGS）稱為閾值電壓或開啟電壓，簡稱 VGS(th)。顯然，只有 VGS>VGS(th) 時才能建立溝道，而且 VGS 越大，溝道越寬，溝道的導通電阻越小，導電能力越強，術語增強型也由此而來。
(4) 在 VGS>VGS(th) 的條件下，如果在漏極 D 和源極 S 之間加上正電壓 VDS，導電溝道就會有電流流通。漏極 D 連接到電源正極，根據(jù)電子帶負電的特性，既然 D 極為電源是正極，在電場力作用下，反型層（即導電溝道）中的負電子就會被吸引到 D 極，因為溝道有一定的電阻，所以沿著溝道產(chǎn)生電壓降，使溝道各點的電位沿溝道由漏區(qū)到源區(qū)逐漸減小，越靠近 S 極，電場能量越小，吸引力越弱，這就導致了反型層（導電溝道）在 D 端比較窄，而在 S 端比較寬的情況，這樣就使得溝道厚度不再是均勻的，整個溝道呈傾斜狀。
(5) 如果 VDS 繼續(xù)增大，電場越強，吸引電子能力越強，當 VDS 增大到某一臨界值，反型層靠近 D 端的自由電子最終被全部吸引到 D 區(qū)，這樣在靠近 D 端的地方就出現(xiàn)了載流子濃度極低的情況，漏端的溝道消失，只剩下耗盡層，也就是夾斷區(qū)出現(xiàn)了。
(6) 繼續(xù)增大 VDS 即 VDS>VGS-VGS(th)，夾斷點向源極方向移動，盡管夾斷點在移動，但溝道區(qū)（源極 S 到夾斷點）的電壓降保持不變，仍等于 VGS-VGS(th)。因此，VDS 多余部分電壓 VDS-[VGS-VGS(th)] 全部降到夾斷區(qū)上，在夾斷區(qū)內形成較強的電場。這時電子沿溝道從源極流向夾斷區(qū)，當電子到達夾斷區(qū)邊緣時，受夾斷區(qū)強電場的作用，會很快的漂移到漏極。
4. 其余類型
目前 N 溝道增強型的 MOS 使用范圍最廣，P 溝道增強型 MOS 管可以很方便地用作高端驅動，所以一般被當作開關管使用，而 P 溝道耗盡型 MOS 幾乎不使用。
所以重點記憶 N 溝道增強型 MOS 相關特性，其余三種類型可以僅作了解即可。
4.1 P 溝道增強型
P 溝道增強型 MOS 管與 N 溝道 MOS 相反，以一塊低摻雜的 N 型硅片為襯底，利用擴散工藝制作兩個高摻雜的 P+ 區(qū)，工作時反型層將源極 S 和 漏極 D 兩個 P+ 型區(qū)相連通，構成了漏、源極之間的 P 型導電溝道，實際一般將襯底與源極接在一起使用。
漏極對源極的電壓 VDS 應為負值，以保證兩個 P 區(qū)與襯底之間的 PN 結均為反偏，同時為了在襯底頂表面附近形成導電溝道，柵極對源極的電壓也應為負。
(1) 在柵源之間加負電壓（-VGS），當 VDS=0 時，沒有電流流過 D，S 之間，但是金屬柵極被補充電而聚集負電荷，N 型半導體中的多子電子被負電荷排斥向體內運動，表面留下帶正電的離子，形成 “耗盡層”。
(2) 隨著柵-源電壓（-VGS）負電壓的增加，耗盡層加寬，當 VDS 增大到一定值時，襯底中的空穴被柵極中的負電荷吸引到表面，在耗盡層和絕緣層之間形成一個 P 型薄層，稱為 “反型層”（即導電溝道）。
(3) 這個反型層就構成漏源之間的導電溝道，這時的 VGS 稱為開啟電壓 VGS(th)，達到 VGS(th) 后繼續(xù)增大 VGS，襯底表面感應的空穴越多，反型層加寬，而耗盡層的寬度卻不再變化，這樣我們可以用 VGS 的大小控制導電溝道的寬度。
(4) 當 VDS≠0 時，導電溝道形成以后，D，S 間加負向電壓時（相當于漏極 D 連接到電源負極），那么在源極與漏極之間將有漏極電流流通，而且漏極電流隨 VDS 而增。
因為溝道有一定的電阻，所以沿著溝道產(chǎn)生電壓降，使溝道各點的電位沿溝道由源區(qū)到漏區(qū)逐漸減小，越靠近 D 極，電場能量越小，吸引力越弱，這就導致了反型層（導電溝道）在 D 端比較寬，而在 S 端比較窄的情況，這樣就使得溝道厚度不再是均勻的，整個溝道呈傾斜狀。
(5) 當 VDS 增大到某一臨界值，溝道在漏極附近出現(xiàn)預夾斷。
4.2 N 溝道耗盡型
N 溝道耗盡型 MOS 管的結構與增強型 MOS 管結構類似，區(qū)別在于 N 溝道耗盡型MOS 管在柵極電壓 VGS=0 時，溝道已經(jīng)存在。
(1) 當 VGS=0 時，這些正離子已經(jīng)感應出反型層，形成了溝道，所以只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當接通正電壓（VGS>0）時，將使漏極電流進一步增加，當接通負電壓（VGS<0）時，隨著 VGS 的減小，漏極電流逐漸減小，直至為 0。對應漏極電流為 0 的 VGS 稱為夾斷電壓或閾值電壓，用符號 VGS(off) 表示。
(2) 由于耗盡型 MOS 在 VGS=0 時，漏源之間的溝道已經(jīng)存在，所以只要在漏極 D 和源極 S 之間加上電壓 VDS，就有漏極電流。如果增加正向柵源電壓 VGS，柵極與襯底之間的電場將使溝道中感應更多的電子，溝道變寬，溝道的電導增大。
(3) 如果在柵極加負柵源電壓（VGS<0），就會在相對應的襯底表面感應出正電荷，這些正電荷抵消 N 溝道中的電子，從而在襯底表面產(chǎn)生一個耗盡層，使溝道變窄，溝道電導減小。當負柵源電壓增大到某一電壓 VGS(off) 時，耗盡區(qū)擴展到整個溝道，溝道完全被夾斷（耗盡），這時即使 VDS 仍存在，也不會產(chǎn)生漏極電流，即漏極電流為 0。
4.3 P 溝道耗盡型
P 溝道耗盡型 MOS 管的工作原理與 N 溝道耗盡型 MOS 管完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性相反，參考 N 溝道耗盡型 MOS 部分的原理。
5. 示意圖區(qū)分
現(xiàn)在可以將 MOS 的物理結構圖和電氣符號結合起來，其中左側為物理結構圖，右側為電氣符號 從左到右，從上到下依次為：N 溝道增強型，N 溝道耗盡型，P 溝道增強型，P 溝道耗盡型。
6. 總結
(1) 耗盡型與增強型的主要區(qū)別在于耗盡型 MOS 管在柵極 G 不加電壓時有導電溝道存在，而增強型 MOS 管只有在開啟后，才會出現(xiàn)導電溝道。
(2) 兩者的控制方式也不一樣，耗盡型 MOS 管的柵源電壓 VGS 可以用正，零，負電壓控制導通，而增強型 MOS 管則固定需要 VGS>VGS(th) 才能導通。
(3) MOS 管改變柵源電壓 VGS，實際是改變襯底靠近絕緣層處感應電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。
(4) 由于 N 溝道增強型使用的是正柵源電壓，不用考慮上電時序，而耗盡型使用負柵源電壓，必須考慮上電時序。
(5) 除了絕緣柵這種物理結構的 MOS 管之外還有 JFET 結型結構的 MOS。
(6) MOS 柵源之間隔著氧化物兩級之間構成一個電容，通過兩級電壓（而不是電流）感應出電場，所以屬于電壓驅動型器件。
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