半導體/MOSFET電晶體

絕緣柵場效應電晶體或IGFET是現代電子學中非常重要的部分。IGFET使用施加在稱為柵極的觸點上的電場來控制電流的流動，該觸點與載流介質電氣隔離。

在早期的FET中，柵極是用金屬製成的，氧化物（二氧化矽（SiO₂））用作絕緣體，因此得名金氧半導體FET或MOSFET。即使現在柵極通常用多晶矽製造，這個名字仍然沿用。然而，這個名字卻一直沿用，MOSFET通常與IGFET同義，只有少數例外。

MOSFET基礎

MOSFET有兩個區域，稱為源極和漏極，它們被高度摻雜。這些區域嵌入在基片中，基片被相反地摻雜。源極和漏極區域之間的間隙跨越基片，電流最終將流過這個間隙。在該間隙（即溝道）上方放置一層絕緣氧化物，在其上方放置一個柵極觸點，通常由多晶矽製成。

MOSFET的工作原理是透過穿過絕緣層的電場來改變該間隙或溝道的一層薄層。這種改變可以是增加溝道的電流承載能力，也可以是降低電流承載能力。因此，我們有兩種型別的器件：增強型MOSFET和耗盡型MOSFET。根據溝道中矽的型別，MOSFET可以是p型或n型。p型MOSFET在“導通”時溝道中有p型矽。這將在稍後得到更清楚的解釋。

MOSFET操作

NMOS的橫截面

MOSFET的操作可以根據端子的電壓分為三種不同的模式。對於NMOSFET，模式是

截止或亞閾值模式

當

$V_{GS}<V_{T}$

其中

$V_{T}$是器件的閾值電壓。

在這裡，開關被關閉，漏極和源極之間沒有傳導。雖然漏極和源極之間的電流在理想情況下應該為零，因為開關已關閉，但存在弱反轉電流或亞閾值洩漏。隨著MOSFET尺寸的縮小，亞閾值洩漏佔總功耗的很大一部分。

三極體或線性區域

當

$V_{GS}>V_{T}$

和

$V_{DS}<V_{GS}-V_{T}$

開關被開啟，並且已經建立了一個通道，允許電流流過漏極和源極。MOSFET就像一個電阻，由柵極電壓控制。從漏極到源極的電流為

$I_{D}\approx {\frac {\mu _{n}C_{ox}}{2}}{\frac {W}{L}}{\bigg [}2(V_{GS}-V_{T})V_{DS}-{V_{DS}}^{2}{\bigg ]}$

飽和

當

$V_{GS}>V_{T}$

和

$V_{DS}>V_{GS}-V_{T}$

開關被開啟，並且已經建立了一個通道，允許電流流過漏極和源極。由於漏極電壓高於柵極電壓，因此一部分溝道被關閉。該區域的開始也稱為夾斷。在第一近似中，漏極電流現在與漏極電壓無關，電流僅由柵極電壓控制。

$I_{D}\approx {\frac {\mu _{n}C_{ox}}{2}}{\frac {W}{L}}(V_{GS}-V_{T})^{2}$

在數位電路中，電晶體僅在截止和飽和模式下工作。三極體模式主要與模擬應用相關。