?場效應管內部構造和工作原理詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2025-09-19
場效應管是通過輸入電場來控制輸出電流的半導體器件，具有高輸入阻抗與單極導電特性。
場效應管的輸入特性，使得它在無輸入電流或輸入電流極小的情況下，依然能夠有效地控制輸出電流，這也是它得名的由來。
場效應管僅依賴多數載流子進行導電，與雙極型晶體管不同，因此也被稱為單極型晶體管。
場效應管的導電載流子可以是電子（對應N溝道器件）或空穴（對應P溝道器件）。從結構上劃分，場效應管包括結型場效應管（JFET）和絕緣柵型場效應管（IGFET）。后者亦被稱為金屬-氧化物-半導體管（MOSFET）。結型場效應管因其內部的兩個PN結而得名，而絕緣柵型場效應管則以其柵極與其他電極的完全絕緣特性而區分。
絕緣柵型場效應管：
絕緣柵型場效應管（MOS管）是目前電子電路中最常用的場效應管，核心改進是“柵極與溝道之間加絕緣層”，解決了JFET不能正向偏置的問題，且開關速度快、集成度高，是芯片、電源、電機控制的核心器件。
MOS管的結構核心是“絕緣層隔離柵極與溝道”，具體如下（以N溝道MOS管為例）：
襯底：通常是P型半導體（也有N型襯底）；
絕緣層：在襯底表面生長一層極薄的氧化硅（SiO2），厚度僅幾十到幾百埃（1埃=10-10米），起絕緣作用；
柵極：在絕緣層表面蒸鍍一層金屬（如鋁），形成柵極（G），因絕緣層隔離，柵極無電流通過；
源極與漏極：在襯底上絕緣層兩側，通過擴散工藝制作兩個高濃度N型半導體區，分別引出源極（S）和漏極（D）；
導電溝道：源極和漏極之間的區域，需通過柵源電壓（VGS）控制是否形成及寬度（與JFET不同，MOS管可“無溝道”初始狀態）。
根據“是否需要VGS形成溝道”，MOS管分為增強型（Enhancement Mode）和耗盡型（Depletion Mode），每種類型又分N溝道和P溝道。
工作原理：電場“感應”溝道控電流MOS管的核心是通過柵源電壓產生的電場感應出導電溝道，進而控制漏極電流。
N溝道增強型MOS管（最常用）
初始狀態：當VGS=0時，源極（N型）和漏極（N型）之間是P型襯底，相當于兩個反向串聯的PN結（N-P-N），無導電溝道，此時即使加VDS>0，ID=O(截止狀態）；
溝道形成：當加正向柵源電壓（VGS>0）時，柵極金屬層帶正電，會通過絕緣層感應襯底中的自由電子（N型載流子）向襯底表面聚集，當VGS增大到某一值（“開啟電壓VGS（th）”）時，襯底表面的電子濃度超過空穴濃度，形成一層“N型導電溝道”（連接源極和漏極）；
電流控制：溝道形成后，加VDS>0，電子從源極經溝道流向漏極，形成ID；VGS越大，電場越強，感應的電子越多，溝道越寬、電阻越小，ID越大（“電壓控制電流”的體現）。
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