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什么是MOSFET:场效应晶体管发展历史和技术基础知识

HOTKING2019-10-25 12:00:00.0合晶芯城

MOSFET或场效应晶体管是一种三端器件,它使用电场来控制流过器件的电流 - 它还具有高输入阻抗,这在许多电路中都很有用。场效应晶体管MOSFET是电子工业的关键有源器件。场效应晶体管的主要用途是MOSFET在集成电路内。

MOSFET或场效应晶体管是一种三端器件,它使用电场来控制流过器件的电流 - 它还具有高输入阻抗,这在许多电路中都很有用。

场效应晶体管MOSFET是电子工业的关键有源器件。

在许多电路中使用的MOSFET由分立元件构成,从RF技术到功率控制和切换到一般放大。

然而,场效应晶体管的主要用途是MOSFET在集成电路内。在这种应用中,FET电路仅能消耗非常小的功率,这使得巨大的超大规模集成电路能够工作。如果使用双极技术,则功耗将高出几个数量级,并且产生的功率太大而无法容纳在单个集成电路中。

一系列场效应晶体管--2N7000 N沟道MOSFET
典型的场效应晶体管图

场效应晶体管,MOSFET历史

在第一批FET进入市场之前,这个概念已经知道了很多年。在实现设备并使其工作方面存在许多困难。

Lilienfield在1926年的一篇论文和Heil在1935年的另一篇论文中概述了场效应晶体管的一些早期概念。

20世纪40年代,贝尔实验室成立了下一个基金会,在那里建立了半导体研究小组。该小组研究了许多与半导体和半导体技术有关的领域,其中一个领域是调制半导体通道中流动的电流的装置。

在这些早期实验中,研究人员无法使这个想法发挥作用,将他们的想法转变为另一种想法,最终发明了另一种形式的半导体电子元件:双极晶体管。

在此之后,大部分半导体研究都集中在改进双极晶体管上,并且在一段时间内没有对场效应晶体管的想法进行全面研究。现在MOSFET被广泛使用,在许多集成电路中提供主要的有源元件。没有它们,电子技术将与现在的技术截然不同。

场效应晶体管 - 基础知识

场效应晶体管的概念基于这样的概念:附近物体上的电荷可以吸引半导体通道内的电荷。它基本上使用电场效应 - 因此得名。

MOSFET由半导体沟道组成,其两端的电极称为漏极和源极。

称为栅极的控制电极放置在非常靠近通道的位置,使得其电荷能够影响通道。

以这种方式,MOSFET的栅极控制从源极流到漏极的载流子(电子或空穴)的流动。它通过控制导电通道的尺寸和形状来实现。

发生电流的半导体通道可以是P型或N型。这产生了两种类型或类别的MOSFET,称为P沟道和N沟道MOSFET。

除此之外,还有两个类别。增加栅极上的电压可以耗尽或增加通道中可用的电荷载流子的数量。结果,存在增强型FET和耗尽型FET。

N和P沟道结MOSFET电路符号
结MOSFET电路符号图

因为只有电场控制在通道中流动的电流,所以该装置被称为电压操作,并且它具有高输入阻抗,通常是许多兆欧。与电流操作的双极晶体管相比,这可以是明显的优势,并且具有低得多的输入阻抗。

结MOSFET在饱和状态下工作
结FET在饱和状态下工作图

MOSFET电路

场效应晶体管广泛用于所有形式的电路中,从用于具有分立元件的电路到用于集成电路的电路中。

关于场效应晶体管电路设计的注意事项:

场晶体管晶体管可以用在许多类型的电路中,尽管三种基本配置是公共源极,公共漏极(源极跟随器)和公共栅极。电路设计本身如果相当简单,可以很容易地进行。