MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管) 是一种基于电场效应控制电流的半导体器件,广泛应用于现代电子电路中,尤其在开关和信号放大场景中占据核心地位｡
结构与组成
MOSFET由三个主要电极构成:
- 源极(Source):载流子(电子或空穴)的输入端｡
- 漏极(Drain):载流子的输出端｡
- 栅极(Gate):通过施加电压控制源极与漏极之间导电通道的开关｡
其核心结构是栅极下方的绝缘层(通常为二氧化硅),将栅极与半导体基底隔离,形成“金属氧化物半导体”的堆叠结构｡基底分为P型或N型半导体,分别对应不同的导电类型｡
工作原理
MOSFET通过栅极电压的微小变化调控导电通道的导通或关断:
增强型(Enhancement Mode):
默认状态下源极与漏极之间无导电通道(截止状态)｡
当栅极施加正向电压时,电场吸引基底中的载流子形成导电沟道,电流开始流动｡
耗尽型(Depletion Mode):
默认状态下存在导电通道(导通状态)｡
施加反向电压可耗尽沟道中的载流子,从而阻断电流｡
类型与特性
- 按导电类型分类:
N沟道(NMOS):电子为载流子,导通速度快,适合高频应用｡
P沟道(PMOS):空穴为载流子,抗干扰性强,常与NMOS组合为互补结构(CMOS)｡
- 按工作模式分类:
增强型(主流应用,如CPU和电源管理)｡
耗尽型(特殊场景,如恒流源)｡
核心优势
高输入阻抗:栅极几乎不取电流,驱动功率极低｡
快速开关:适合高频电路(如5G通信和开关电源)｡
易于集成:与CMOS工艺兼容,是集成电路的基础元件｡
典型应用
功率开关:手机充电器､电动车控制器中的高效能量转换｡
信号放大:射频电路和音频设备中的低噪声放大｡
数字逻辑:CPU､存储器等芯片的核心构成单元｡
MOSFET的发明彻底改变了电子系统的设计,其低功耗､高可靠性和微型化特性,成为现代数字时代不可或缺的元件｡