什么是MOSFET?
MOSFET
金屬-氧化層-半導體-場(chǎng)效晶體管,簡(jiǎn)稱(chēng)金氧半場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一種可以廣泛使用在類(lèi)比電路與數位電路的場(chǎng)效晶體管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的極性不同,可分為n-type與p-type的MOSFET,通常又稱(chēng)為NMOSFET與PMOSFET,其他簡(jiǎn)稱(chēng)尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。
從目前的角度來(lái)看MOSFET的命名,事實(shí)上會(huì )讓人得到錯誤的印象。因為MOSFET里代表“metal”的第一個(gè)字母M在當下大部分同類(lèi)的元件里是不存在的。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料,但隨著(zhù)半導體技術(shù)的進(jìn)步,現代的MOSFET柵極早已用多晶硅取代了金屬。
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場(chǎng)效晶體管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor, IGFET),而IGFET的柵極絕緣層有可能是其他物質(zhì)而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場(chǎng)效晶體管元件時(shí)比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。
MOSFET里的氧化層位于其通道上方,依照其操作電壓的不同,這層氧化物的厚度僅有數十至數百埃(Å)不等,通常材料是二氧化硅(silicon dioxide, SiO2),不過(guò)有些新的進(jìn)階制程已經(jīng)可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride, SiON)做為氧化層之用。
今日半導體元件的材料通常以硅(silicon)為首選,但是也有些半導體公司發(fā)展出使用其他半導體材料的制程,當中最著(zhù)名的例如IBM使用硅與鍺(germanium)的混合物所發(fā)展的硅鍺制程(silicon-germanium process, SiGe process)。而可惜的是很多擁有良好電性的半導體材料,如砷化鎵(gallium arsenide, GaAs),因為無(wú)法在表面長(cháng)出品質(zhì)夠好的氧化層,所以無(wú)法用來(lái)制造MOSFET元件。
當一個(gè)夠大的電位差施于MOSFET的柵極與源極(source)之間時(shí),電場(chǎng)會(huì )在氧化層下方的半導體表面形成感應電荷,而這時(shí)所謂的“反型層”(inversion channel)就會(huì )形成。通道的極性與其漏極(drain)與源極相同,假設漏極和源極是n-type,那么通道也會(huì )是n-type。通道形成后,MOSFET即可讓電流通過(guò),而依據施于柵極的電壓值不同,可由MOSFET的通道流過(guò)的電流大小亦會(huì )受其控制而改變。