自20世紀(jì)80年代中期以來，MOSFET 一直是大多數(shù)開關(guān)電源 (SMPS) 中的首選晶體管。MOSFET用作主開關(guān)晶體管，在作為門控整流器時(shí)提高效率。本文主要是對P 溝道和N 溝道增強(qiáng)模式MOSFET進(jìn)行比較。

N溝道和P溝道MOSFET電氣符號圖

MOSFET的構(gòu)造

MOSFET的結(jié)構(gòu)與FET類似。在連接?xùn)艠O（S）端子的基板上沉積氧化層。由于該氧化層充當(dāng)絕緣體（與襯底絕緣），因此MOSFET也稱為IGFET。在MOSFET的制造過程中，輕摻雜襯底會(huì)擴(kuò)散至有重?fù)诫s區(qū)域。根據(jù)所使用的基板，它們被分為P型或N型MOSFET。

MOSFET 的操作由柵極（S）電壓控制。由于柵極與溝道之間隔離，因此可以向其施加正電壓和負(fù)電壓。當(dāng)柵極偏置電壓為負(fù)時(shí)，它充當(dāng)耗盡型MOSFET，當(dāng)柵極偏置電壓為正時(shí)，它充當(dāng)增強(qiáng)型MOSFET。

MOSFET 的結(jié)構(gòu)

MOSFET的符號

所有MOSFET上都有柵極 (G)、源極 (S) 和漏極 (D) 引腳。柵極和源極之間的電壓 (Vgs) 決定電流是否流過源極和漏極。每種類型都有其打開或關(guān)閉MOSFET的邏輯。

如果MOSFET完全導(dǎo)通且Vgs在3~5V范圍內(nèi)，則它被歸類為邏輯電平 MOSFET。如果使用 5V Arduino板/STC單片機(jī)板，所有邏輯電平 MOSFET 都應(yīng)該沒問題。如果使用 3.3V板，需要確保使用的MOSFET與3.3V開關(guān)電平兼容。MOSFET通常需要Vgs為 10V或更高才能完全導(dǎo)通。

N溝道MOSFET與P溝道MOSFET的開啟

N溝道MOSFET的源極接地，漏極連接負(fù)載，當(dāng)向柵極施加正電壓時(shí)，F(xiàn)ET導(dǎo)通。N溝道MOSFET是最常用且最容易使用的。它們的生產(chǎn)成本較低，因此比P溝道MOSFET的價(jià)格更低，性能更高。

在P溝道 MOSFET中，源極連接到正電壓，當(dāng)柵極電壓低于某個(gè)閾值 (Vgs 0) 時(shí)FET 導(dǎo)通。這意味著，如果想使用P溝道MOSFET切換高于5V的電壓，則需要另一個(gè)晶體管（某種類型）來打開和關(guān)閉它。

P溝道MOSFET

P溝道位于P溝道MOSFET的源極端子和漏極端子之間。它是一個(gè)四端子器件，具有以下端子：柵極、漏極、源極和主體。漏極和源極是p+區(qū)域，主體或襯底是n型。電流沿著帶正電的空穴的方向流動(dòng)。

當(dāng)具有排斥力的負(fù)電壓施加到柵極端子時(shí)，氧化層下方的電子被向下推入基板中。耗盡區(qū)充滿了與施主原子相關(guān)的束縛正電荷。負(fù)柵極電壓還將空穴從p+源極和漏極區(qū)域吸引到溝道區(qū)域中。

耗盡模式 P 通道

P通道增強(qiáng)模式

P溝道耗盡型 MOSFET 在結(jié)構(gòu)上與N溝道耗盡型MOSFET完全相反。在這種情況下，預(yù)構(gòu)建溝道由夾在重?fù)诫sp型源極和漏極區(qū)域之間的p型雜質(zhì)制成。當(dāng)我們向柵極端子施加正電壓時(shí)，靜電作用會(huì)吸引少數(shù)載流子，即來自p型區(qū)域的自由電子，從而形成靜態(tài)負(fù)雜質(zhì)離子。結(jié)果在溝道中形成耗盡區(qū)，并且溝道的電導(dǎo)率降低。我們可以通過向柵極施加正電壓來控制漏極電流。

N溝道MOSFET

N溝道MOSFET的N溝道區(qū)域位于源極端子和漏極端子之間。它是一個(gè)四端子器件，具有以下端子：柵極、漏極、源極和主體。這種類型的場效應(yīng)晶體管的漏極和源極是重?fù)诫s的n+區(qū)域，而襯底或本體是P型的。

此類MOSFET中的電流是由帶負(fù)電的電子引起的。當(dāng)具有排斥力的正電壓施加到柵極端子時(shí)，氧化層下方的空穴被向下推入基板中。與原子相關(guān)的束縛負(fù)電荷填充耗盡區(qū)。

當(dāng)電子到達(dá)通道時(shí)，通道就形成了。正電壓還將電子從 n+ 源極和漏極區(qū)域吸引到溝道中。當(dāng)在漏極和源極之間施加電壓時(shí)，電流在它們之間自由流動(dòng)，柵極電壓控制溝道中的電子。如果我們施加負(fù)電壓而不是正電壓，則會(huì)在氧化層下方形成空穴溝道。

增強(qiáng)模式N通道

N 溝道耗盡型和增強(qiáng)型的符號

N溝道MOSFET的工作原理是假設(shè)大多數(shù)載流子是電子。溝道中電子的運(yùn)動(dòng)負(fù)責(zé)晶體管中的電流流動(dòng)。柵極端子的形成需要使用p襯底材料。

N 溝道特性

在n溝道增強(qiáng)模式下，在柵極和終端源極電壓超過最小電壓截止值之前，沒有電流流過晶體管。當(dāng)在漏極和終端源極處施加電壓時(shí)，沒有可見的電流流動(dòng)。