金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor , MOSFET）憑借其通用性和廣泛用途躋身于最受歡迎的晶體管之列。本指南將詳述這類晶體管的工作機制，并提供關于使用和選擇恰當MOSFET類型的實用建議。

主要的晶體管類型

晶體管主要有兩種。一種是雙極結型晶體管（BJT），另一種是場效應晶體管（FET）。MOSFET屬于一種場效應晶體管。BJT通常用于1安培以下電流；MOSFET通常用于較大電流應用。

MOSFET有耗盡型和增強型兩種。耗盡型的工作原理類似于閉合開關，加正電壓則產生工作電流，加負電壓以后工作電流停止。而增強型MOSFET是現代應用常用的一種類型。

什么是MOSFET？

金屬-氧化物半導體場效應晶體管（簡稱MOSFET）是一種數字和模擬電路中通用的半導體，同時也是一種有用的功率器件。作為一種原始的緊湊型晶體管，MOSFET適用于廣泛的電氣應用。

一直以來，人們普遍認為如果沒有MOSFET，21世紀許多的技術進步都無法實現。MOSFET用途較BJT更為廣泛，原因在于它所需的負載電流控制電流很小。增強型MOSFET的電導率可在“常閉”狀態下增加。通過柵極傳輸的電壓可以使“常開”狀態下的電導率降至最低。MOSFET的小型化過程相對簡單，可有效縮小，用于緊湊型應用。

MOSFET的其他優勢包括：快速切換（特別是關于數字信號）、最小功耗以及高密度電容，這一點使它成為大規模集成的理想應用。

MOSFET是集成電路的核心組件，憑借其小型化可在一個單芯片中完成設計制造。集成電路芯片上的MOSFET為四端元件，分別為源極（S）、柵極（G）、漏極（D）和基極（B）。基極通常與源級連接，從而使MOSFET發揮場效應晶體管功能。

MOSFET的工作原理和用途

MOSFET有三個極，分別是源極（S）、柵極（G）和漏極（D）。它們能有效控制源極和漏極觸點之間的電流流動，通過柵極加電壓。可通過改變電壓使電通道出現或消失；相應地，也能使電氣元件接通或關閉。使用半導體可使不同類的雜質隔離。這意味著攜帶不同信號的電荷可有效隔絕，形成障壁，阻止電荷的區域間流動。

電流從柵極到源極的傳遞將導致電流從漏極流向源極。當沒有電流通過或通過電流較小時，漏極-源極電阻勢必會很大。但應當明確，微控制器工作電壓為5v或3.3v時，與微控制器配套的MOSFET可能需要10-15的柵極和源極電勢差，以使漏極和源極之間電阻達到最低水平。

MOSFET柵極和源極之間的電容可防止不同狀態間的迅速切換。內部電容上電壓的快速變化需要大電流。它必須在變化（源極）和放電（槽）之間進行自動切換。柵極所加電壓的改變會導致漏極和源極間電阻的同時改變。電壓的高低將與電阻的大小直接相關。功率MOSFET針對大功率級應用設計。

MOSFET晶體管的不同類型

PMOS邏輯

如前所述，MOSFET的集成實現了相較于BJT的高電路效率。P通道MOSFET能夠與PMOS邏輯一同實現數字電路和邏輯門。

NMOS邏輯

除了N通道MOSFET應用于邏輯門和相關數字電路之外，NMOS邏輯和PMOS邏輯類似。一般情況下，N通道MOSFET可能比P通道MOSFET更小型，從而在某些情況下更具吸引力。但NMOS邏輯有持續功耗，而PMOS邏輯沒有。

CMOS邏輯

互補金屬氧化物半導體（CMOS）邏輯是一種集成電路生產技術。此類電路廣泛應用于各種電氣組件，并能發電。P通道和N通道MOSFET均與互聯的柵極和漏極聯用，從而降低功耗，減少余熱產生。

耗盡型MOSFET器件

耗盡型MOSFET器件在MOSFET器件中較不常見。耗盡型MOSFET器件通道電阻小，一般認為通道“開啟”。當設定為無功耗狀態時，這些開關將根據自身設計工作。通道電阻呈線性關系，在信號幅度范圍內失真低。

MISFETs

所有MOSFET均屬于MISFET（金屬絕緣層半導體場效應晶體管），但并非所有的MISFET均屬于MOSFET。這類組件內的門邏輯絕緣層為MOSFET中所用的二氧化硅，但也可能使用其他材料。門邏輯位于柵極下方，MISFET通道上方。

浮柵MOSFET（FGMOS）

浮柵MOSFET有一個額外的電絕緣浮柵。它能在直流電中生成一個浮動節點，同時在浮柵上方生成一系列輔助柵輸入。在其眾多用途中，FGMOS通常用作浮柵存儲單元。

功率MOSFET

功率MOSFET為垂直結構，而非平面結構。這一結構使功率MOSFET能同時保持高阻塞電壓和高電流。該晶體管的額定電壓與N溝道外延層的摻雜和厚度直接相關，額定電流由通道寬度決定。組件區域和這類器件維持的電流大小間也有直接的聯系。功率MOSFET具有低柵驅動功能、迅速的切換速度和先進的并聯功能。

DMOS

功率MOSFET是雙擴散金屬氧化物半導體，有橫向和縱向兩種。大多數功率MOSFET利用該技術構造。

MOS電容器

這類電容器結構同MOSFET，且MOS電容器兩側有雙P-N端。MOS電容器通常用作內存芯片存儲電容器并為圖像傳感器技術中的電荷耦合元件（CCD）提供支持。

TFT

薄膜晶體管（TFT）是一種特殊的MOSFET。其中的不同之處在于薄膜晶體管（TFT）涉及半導體薄膜，以及邏輯層和金屬觸點在支撐基板上的沉積。使用的半導體材料各式各樣，其中硅較為常用。它可以做到高透明度，用于生產視頻顯示面板。

雙極MOS晶體管

BiCMOS是一種集BJT和CMOS晶體管于一個單芯片上的集成電路。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）功能類似于MOSFET和雙極結型晶體管（BJT）。

MOS傳感器

當前已成功研發出一系列MOS傳感器，可精確測量物理、化學、生物和環境變量。開柵FET（OGFET）、離子敏場效應晶體管（ISFET）、氣體傳感器FET、電荷流動晶體管（CFT）及酶場效應晶體管等都屬于MOS傳感器。電荷耦合元件（CCD）和有源像素傳感器（CMOS傳感器）等常用于數字成像。

多柵極場效應晶體管

雙柵MOSFET有四極管配置，電流大小由兩個柵極控制。雙柵MOSFET常用于射頻應用中的小信號器件，降低與密勒效應相關的增益耗損。這一點當共源共柵配置中的單獨晶體管更換時可實現。

RHBD

這種環形柵晶體管常用于制作抗輻射加固設計（RHBD）器件。MOSFET的柵極通常圍繞著漏極。漏極靠近ELT的中心。如此，MOSFET的源極圍繞柵極。H柵極是另一種類型的MOSFET，確保低輻射泄露。

MOSFET的應用和使用

如前所述，MOSFET是一種用于切換或放大電信號的器件。這些可通過改變電導率大小實現，而電導率大小的改變可通過改變施加電壓的大小實現。

MOSFET是數字電路中使用較普遍的晶體管，在存儲芯片或微處理器中可實現百萬級的集成。此外，MOSFET晶體管還普遍用作壓控電路開關。人們認為正是MOSFET的出現促成了一系列科技設備的研發，如袖珍計算器和數字腕表。

MOS集成電路

MOSFET是一類受歡迎的晶體管，也是集成電路芯片進行電氣運行的基本元件。它不需要像雙極晶體管那樣通過一系列步驟來完成芯片上的P-N端隔離。相反，它們確實保證了相對容易的隔離。

CMOS電路

互補金屬氧化物半導體（CMOS）是一種集成電路開發技術。該技術用于生產集成電路（IC）芯片，如微處理器、微控制器、存儲芯片和其他數字邏輯電路。它還是開發模擬電路的基本組件。模擬電路包括圖像傳感器、數據轉換器、射頻電路以及用于數字通信的集成發射機。

CMOS的關鍵特性包括高抗干擾性及控制在最低水平的靜態功耗。與其他的邏輯形式（如NMOS邏輯或晶體管-晶體管邏輯）相比，這類器件將產生最低的余熱。這些特性使它具備集成高密度芯片邏輯的功能。

模擬開關

MOSFET用于數字電路集成的優勢遠超其用于模擬集成的優勢。晶體管的行為在不同情況下均有差異。大多數時候數字電路可完全開啟或關閉。速度和電荷是兩個影響切換過程的主要因素。當微小電壓變化可能改變輸出（漏極）電流時，必須確保模擬電路過渡區的功能。

由于相關方面的優勢，MOSFET仍集成于各類模擬電路。它的相關優勢包括可靠性、零柵電流以及較高的可調輸出阻抗。通過改變MOSFET的大小還可改變模擬電路的特性和性能。憑借其柵極電流（零）和漏極-源極偏移電壓（零），MOSFET還是開關的理想之選。

電力電子設備

MOSFET應用于廣泛的電力電子設備?？捎糜陔姵胤唇颖Ｗo、交流電源間的切換電源以及無用負載的斷電。緊湊型MOSFET的主要特性包括占用空間小、電流大以及集成ESD保護。此外，普遍認為MOS技術的開發是促成電信網絡中網絡帶寬集成的主要原因之一。

MOS存儲器

MOSFET的發展推動了MOS晶體管在存儲單元存儲中的便捷應用。MOS技術是DRAM（動態訪問隨機存儲器）的重要組成部分。它性能優越、功耗極低，與磁心存儲器相比相對實惠。

MOSFET傳感器

MOSFET傳感器又叫MOS傳感器，常用于測量物理、化學、生物以及環境參數。此外，因其可實現化學、光和運動等元素交互及處理，MOSFET傳感器還集成于微機電系統內。MOS技術還可應用于圖像傳感，可集成于電荷耦合元件和有源像素傳感器。

量子物理學

量子場效應晶體管（QFET）和量子阱場效應晶體管（QWFET）均屬MOSFET，它們利用量子隧穿效應加快晶體管的工作速度。通過移除導電區域電子可實現這一點，最終載流子速度顯著減慢。此類量子器件的工作依賴于快速熱處理（RTP）過程，使用非常精細的構建材料。

按安裝類型區分的MOSFET

以下講解了MOSFET的不同安裝類型。

面板式安裝MOSFET

有多種MOSFET都可用螺絲固定安裝在金屬板或散熱器上。這些增強型MOSFET可實現大電流條件下快速可靠的切換。

PCB安裝MOSFET

采用PCB安裝設計的MOSFET使錯誤的熔斷器無法安裝。這種安裝形式還有一個標簽，防止意外誤用。確保了熔斷保護，防止電路受過電流影響。N通道MOSFET就采用了這種安裝形式，有一個表面貼裝和端接引線。提供帶式和卷軸式MOSFET?？蓪崿F快速切換。

表面貼裝式MOSFET

有多種MOSFET均采用表面貼裝，可實現快速便捷的PCB組裝。這些小巧的MOSFET既經濟又可靠。N通道ON半導體MOSFET就采用了這種安裝，有效將導通狀態電阻降至最低，確保了可靠的切換。

插入式封裝MOSFET

采用插入式封裝的MOSFET的管腳穿過PCB的安裝孔焊接在印刷電路板（PCB）上。與表面貼裝式相比，插入式封裝提供相對較強的金屬鍵合。但這類型的MOSFET更適用于大而重的組件，如半導體。

我該如何選擇MOSFET？

首先最重要的一點是必須根據使用目的選擇恰當的N型或P型MOSFET。MOSFET的工作機制相當于一個電氣開關。常規電力應用中的MOSFET接地，引線與干線電壓連接。這種情況下認為它是一個低壓側開關，需要安裝一個N通道MOSFET，必須滿足器件開關所需的電壓傳輸。當高壓側開關與總線連接，負載阻抗接地時，應當使用P型MOSFET。

必須考慮MOSFET電壓。為確保充分的保護，防止MOSFET故障，MOSFET的電壓應同時高于干線和總線電壓。任何情況下，額定電流應為負載的最大容量。此外，還應考慮技術影響、熱需求和切換性能。柵極參數必須與驅動電路相一致?？傊?，MOSFET的應用決定具體的選擇。

常見問題

如何測試MOSFET的性能？

有多種評估MOSFET性能的測試方法。首先可檢查二極管壓降。這需要用到DMM，設定為二極管模式。根據待測MOSFET是N型還是P型，會需要不同的設置。理想的MOSFET值為0.4V~0.9V。但當不產生電壓時，認為待測MOSFET有缺陷。還可通過測電阻來評估性能。不受DMM探針極性影響，漏極-源極間應產生較大電阻。

也可用數字萬用表對MOSFET進行測試，步驟如下：

第1步：連接MOSFET

將MOSFET源極與萬用表負極（-）導線連接。

第2步：握住MOSFET

握住MOSFET的標簽或外殼，同時避免金屬測試探頭組件和端子接觸。

第3步：連接萬用表正極

將萬用表正極引線與MOSFET柵極連接。

第4步：設置為漏極

將正極探頭調整到“漏極”（你會看到讀數很低）。

第5步：施加壓力

當儀表為正時，在源極和柵極之間施加一點壓力。確保柵極放電，儀表顯示讀數高。

如何給MOSFET接線？

MOSFET接線所需的組件有二極管、晶體管、電路板和接線（三色）。

接線步驟如下：

第1步：剝開電線

剝開為電路供電的電線皮。

第2步：插入固定

將線插入電路板。

第3步：連接電線

將供電電線插入器件，與電路板連接牢固。

第4步：連接二極管

將二極管連接到板上，并與其他電線連接。

第5步：連接晶體管

將晶體管連接至電路板。

第6步：切掉多余部分

小心切除多余部分并接線。

第7步：用萬用表檢查

使用萬用表檢查連接，并相應地對高壓器件進行控制。

如何讀取MOSFET上的數字？

為了確保訂購合適的替換品，必須準確讀取有缺陷MOSFET上的數字。這需要參考零件編號和標識圖。

數字讀取步驟如下：

第1步：確認MOSFET類型

確認其為增強型還是耗盡型MOSFET。

第2步：確認電壓讀數

從晶體管底部讀取電壓。

第3步：確認晶體管序列號

確認晶體管序列號（如BU系列晶體管的前兩個字母為BU）。

為什么MOSFET是一種壓控器件？

因為輸出（漏極）電流可通過柵極-源極電壓控制。輸入端電壓可有效控制電流流動，從而輸出電流與輸入電壓直接成比例。

審核編輯 黃宇