金属氧化物半导体场效应电晶体

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金属氧化物半导体场效应电晶体【金属氧化物半导体场效应电晶体】金属氧化物半导体场效应电晶体，简称金氧半场效应电晶体是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应电晶体。
基本介绍中文名：金属氧化物半导体场效应电晶体
外文名：MOSFET
用处：测试用组件
简称：金氧半场效应电晶体
效应管金属氧化物半导体场效电晶体（简称：金氧半场效电晶体；英语：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩写：MOSFET），是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效电晶体。金属氧化物半导体场效应管依照其沟道极性的不同，可分为电子占多数的N沟道型与空穴占多数的P沟道型，通常被称为N型金氧半场效电晶体（NMOSFET）与P型金氧半场效电晶体（PMOSFET）。以金氧半场效电晶体（MOSFET）的命名来看，事实上会让人得到错误的印象。因为MOSFET跟英文单字“metal（金属）”的第一个字母M，在当下大部分同类的组件里是不存在的。早期金氧半场效电晶体栅极使用金属作为材料，但由于多晶硅在製造工艺中更耐高温等特点，许多金氧半场效电晶体栅极採用后者而非前者金属。然而，随着半导体特徵尺寸的不断缩小，金属作为栅极材料最近又再次得到了研究人员的关注。金氧半场效电晶体在概念上属于绝缘栅极场效电晶体（Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET）。而绝缘栅极场效电晶体的栅极绝缘层，有可能是其他物质，而非金氧半场效电晶体使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效电晶体组件时比较喜欢用IGFET，但是这些IGFET多半指的是金氧半场效电晶体。金氧半场效电晶体里的氧化层位于其沟道上方，依照其工作电压的不同，这层氧化物的厚度仅有数十至数百埃（?）不等，通常材料是二氧化硅（SiO2），不过有些新的高级工艺已经可以使用如氮氧化硅（silicon oxynitride, SiON）做为氧化层之用。今日半导体组件的材料通常以硅为首选，但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的工艺，当中最着名的例如国际商业机器股份有限公司使用硅与锗的混合物所发展的硅锗工艺（SiGe process）。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓（GaAs），因为无法在表面长出质量够好的氧化层，所以无法用来製造金氧半场效电晶体组件。当一个够大的电位差施于金氧半场效电晶体的栅极与源极之间时，电场会在氧化层下方的半导体表面形成感应电荷，而这时就会形成反转沟道（inversion channel）。沟道的极性与其漏极（drain）与源极相同，假设漏极和源极是n型，那幺沟道也会是n型。沟道形成后，金氧半场效电晶体即可让电流通过，而依据施于栅极的电压值不同，可由金氧半场效电晶体的沟道流过的电流大小亦会受其控制而改变。电路符号常用于金氧半场效电晶体的电路符号有多种形式，最常见的设计是以一条垂直线代表沟道（Channel），两条和沟道平行的接线代表源极（Source）与漏极（Drain），左方和沟道垂直的接线代表栅极（Gate），如下图所示。有时也会将代表沟道的直线以虚线代替，以区分增强型（enhancement mode，又称增强式）金氧半场效电晶体或是耗尽型（depletion mode，又称耗尽式）金氧半场效电晶体。由于积体电路晶片上的金氧半场效电晶体为四端组件，所以除了源极（S）、漏极（D）、栅极（G）外，尚有一基极（Bulk或是Body）。金氧半场效电晶体电路符号中，从沟道往右延伸的箭号方向则可表示此组件为n型或是p型的金氧半场效电晶体。箭头方向永远从P端指向N端，所以箭头从沟道指向基极端的为p型的金氧半场效电晶体，或简称PMOS（代表此组件的沟道为p型）；反之则代表基极为p型，而沟道为n型，此组件为n型的金氧半场效电晶体，简称NMOS 。在一般分散式金氧半场效电晶体组件中，通常把基极和源极接在一起，故分散式金氧半场效电晶体通常为三端组件。而在积体电路中的金氧半场效电晶体通常因为使用同一个基极（common bulk），所以不标示出基极的极性，而在PMOS的栅极端多加一个圆圈以示区别。几种常见的MOSFET电路符号，加上结型场效应管一起比较：在金氧半场效电晶体符号中，基极端和源极端均接在一起，一般分立元件的MOSFET几乎均如此，但在积体电路中的金氧半场效电晶体则并不一定是这样连线。通常一颗积体电路晶片中相同沟道的金氧半场效电晶体都共享同一个基极，故某些情况下的金氧半场效电晶体可能会使得源极和基极并非直接连在一起，例如串叠式电流源（cascode current source）电路中的部分NMOS就是如此。基极与源极没有直接相连的金氧半场效电晶体会出现衬底效应（body effect）而部分改变其工作特性，将在后面的章节中详述。工作原理金氧半场效电晶体的核心