眾所周知，MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)是一種電壓控制器件，由源極、漏極、柵極和主體等端子構成，用于放大或切換電路內的電壓，也廣泛用于數字應用的IC。

此外，MOSFET也用于放大器和濾波器等模擬電路。MOSFET的設計主要是為了克服FET的缺點，例如高漏極電阻、中等輸入阻抗和運行緩慢。按照形式劃分，MOSFET有增強型和耗盡型兩種。在本文中，小編簡單介紹下耗盡型MOSFET類型、工作原理和應用特性等相關內容。

基本概念

連接時通常打開而不施加任何柵極電壓的MOSFET稱為耗盡型MOSFET，也就是說，在耗盡型MOSFET中，電流從漏極端流向源極。這種類型的MOSFET也被稱為常開器件。一旦在MOSFET的柵極端施加電壓，源極溝道的漏極電阻將變得更大。當柵源電壓增加更多時，從漏極到源極的電流將減少，直到電流從漏極到源極的流動停止。

耗盡型MOSFET有兩種類型，分別是P溝道和N溝道，其中箭頭符號表示MOSFET的類型。如果箭頭符號在內部方向，則它是N溝道，如果箭頭符號在外部，則它是P溝道。兩種溝道類型的符號如下圖所示：

主要類型

耗盡型MOSFET結構因類型而異，如上所述，它有兩種類型，即P溝道耗盡模式和P溝道耗盡模式，下面分別介紹下二者的結構及其工作原理。

1、N溝道耗盡型MOSFET

N溝道耗盡型MOSFET的結構如下圖所示，在這種耗盡型MOSFET中，源極和漏極通過一小條N型半導體連接。這種MOSFET中使用的襯底是P型半導體，電子是這種MOSFET中的主要電荷載流子。其中，源極和漏極被重摻雜。

N溝道耗盡型MOSFET結構與增強型N溝道MOSFET結構相同，只是其工作方式不同。源極和漏極端子之間的間隙由N型雜質組成。

當在源極和漏極等兩個端子之間施加電位差時，電流會流過襯底的整個N區。當在該MOSFET的柵極端施加負電壓時，電荷載流子(如電子)將在介電層下方的 N區域內被排斥并向下移動。因此，在通道內將發生電荷載流子耗盡的情況。

因此，整體溝道電導率降低。在這種情況下，一旦在GATE端施加相同的電壓，漏極電流就會減小。一旦負電壓進一步增加，它就會達到夾斷模式(pinch-off mode)。

這里的漏極電流是通過改變溝道內電荷載流子的耗盡來控制的，所以這被稱為耗盡型MOSFET。這里，漏極端子處于+ve電位，柵極端子處于-ve電位，源極處于“0”電位。因此，與源極與柵極相比，漏極與柵極之間的電壓變化較高，因此與源極端相比，耗盡層寬度與漏極相比較高。

2、P溝道耗盡型 MOSFET

在P溝道耗盡型MOSFET中，連接源極和漏極的溝道是P型硅，襯底為N型半導體。大多數電荷載流子是空穴。

P溝道耗盡型MOSFET 結構與N溝道耗盡型MOSFET完全相反。P溝道耗盡型MOSFET包括一個在源極和漏極區域之間制成的溝道，該溝道用P型雜質重度摻雜。因此，在這個MOSFET中，使用了N型襯底，溝道為P型，如下圖所示：

一旦在MOSFET的柵極端施加+ve電壓，那么P型區域中的少數電荷載流子(如電子)將由于靜電作用而被吸引并形成固定的負雜質離子，這樣將在通道內形成耗盡區，所以通道的電導率會降低。最終可以通過在柵極端施加+ve電壓來控制漏極電流。

要激活這種耗盡型 MOSFET，柵極電壓必須為0V，并且漏極電流值要大，以便晶體管處于有源區。因此，再次打開這個MOSFET，+ve電壓在源極端給出。因此，如果有足夠的正電壓并且在基極端子上沒有施加電壓，這個MOSFET將處于最大工作狀態并具有高電流。

要停用P溝道耗盡型MOSFET，有兩種方法可以切斷偏置正電壓，即為漏極供電，或者可以向柵極端子施加-ve電壓。一旦向柵極端子提供-ve電壓，電流將減小。隨著柵極電壓變得更負，電流減小直到截止，然后MOSFET將處于“關閉”狀態。因此，這會阻止大的源極漏電流。

一旦向該MOSFET的柵極端子提供了更多的-ve電壓，那么該MOSFET將在源極 - 漏極端子上傳導更少和更少的電流。一旦柵極電壓達到某個-ve電壓閾值，它就會關閉晶體管。因此，-ve電壓關閉晶體管。

漏極特性

1、N溝道耗盡型MOSFET的漏極特性

N溝道耗盡型MOSFET的漏極特性如下所示，這些特性繪制在 VDS和IDSS之間。當繼續增加VDS值時，漏極電流ID將增加。達到一定電壓后，漏極電流ID將變為常數。Vgs=0時的飽和電流值稱為IDSS。

每當施加的電壓為負時，柵極端子上的該電壓就會將電荷載流子(如電子)推向基板。而且這個P型襯底內的空穴也會被這些電子吸引。因此，由于這個電壓，通道內的電子將與空穴重新結合。復合的速率將取決于施加的負電壓。

一旦增加這個負電壓，復合率也會增加，這將減少該通道中可用的電子數，并將有效地減少電流。

在觀察上述特性時，可以看出當VGS值變得更負時，漏極電流會減小。在一定的電壓下，這個負電壓會變為零。該電壓稱為夾斷電壓(pinch-off voltage)。

N溝道耗盡型MOSFET也適用于正電壓，所以當我們在柵極端子施加正電壓時，電子將被吸引到N溝道，因此該通道內的電子數將增加。所以對于正的Vgs值，ID會比IDSS還要大。

2、N溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性

N溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性如下所示，與JFET類似。這些特性定義了固定VDS值的ID和VGS之間的主要關系。對于正VGS值，也可以得到ID值。

因此，特性曲線將延伸到右側。每當VGS值為正時，溝道內的電子數將增加。當VGS為正時，則該區域為增強區域。類似地，當VGS為負時，該區域稱為耗盡區。

ID和Vgs的主要關系可以用ID=IDSS (1-VGS/VP)^2來表示。通過使用這個表達式，可以找到Vgs的ID值。

3、P溝道耗盡型MOSFET的漏極特性

P溝道耗盡型MOSFET的漏極特性如下圖所示。這里VDS電壓為負，Vgs電壓為正。一旦繼續增加Vgs，ID(漏極電流)就會減小。在夾斷電壓下，漏極電流將變為零。一旦VGS為負值，則漏極電流值甚至會高于IDSS。

4、P溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性

P溝道耗盡型MOSFET的傳輸特性如下所示，它是N溝道耗盡型MOSFET傳輸特性的鏡像。在這里可以觀察到，從截止點到IDSS，正VGS區域的漏極電流增強，然后隨著負VGS值的增加，它繼續增加。

主要應用

耗盡型MOSFET應用包括以下幾方面內容：

耗盡型MOSFET可在恒流源和線性穩壓器電路中用作傳輸晶體管。

廣泛用于啟動輔助電源電路。

耗盡型MOSFET在沒有施加電壓時會打開，這意味著它們可以在正常條件下傳導電流。因此，這在數字邏輯電路中用作負載電阻。

用于PWM IC內的反激電路。

用于電信交換機、固態繼電器等。

用于電壓掃描電路、電流監控電路、LED陣列驅動電路等。

總結

耗盡型MOSFET具有連接源極側和漏極側的物理注入溝道。在NMOS中，溝道是連接P型襯底頂部的高摻雜N型源極和N型漏極區域的N型硅區域。電流Id將流動，使柵源電壓Vgs=0并在漏極和源極之間施加電壓 (Vds)。當Vds大到足以產生夾斷時，流過的漏極電流就是飽和電流Idss。

Vgs控制溝道深度和電導率。正Vgs通過吸引更多電子、增加溝道電導率并降低其電阻率來增強N溝道。負Vgs會排斥N溝道的電子，從而降低其電導率。在負Vgs下運行會耗盡其自由載流子的通道 - 耗盡模式。

通過在負方向上越來越多地增加Vgs，N溝道將完全耗盡自由載流子，從而將Id降低到非常接近0A的值，即使在施加Vds的情況下也是如此。這個Vgs負值是NMOS的夾斷 (Vp) 或閾值電壓 (Vt)。

此外，耗盡型MOSFET可以在增強模式或耗盡模式下工作。正Vgs將使耗盡型NMOS在增強模式運行，而負Vgs將使其運行在耗盡模式。P溝道MOSFET的工作方式與NMOS基本相同，只是這兩種類型中的電流和電壓極性相反。