模拟电子技术基础 上交大 郑益慧主讲 P8 MOS管工作原理
场效应管实际上比晶体三极管完了1~2年才出来，但是真正做出那种mos场效应管的话要晚了十年，上世纪60年代出来的，它的出现使得我们的电子技术产生了大进步。
因为mos管不费电，它消耗的功率特别小，如果功率大的话，大规模集成，功率就是你的瓶颈，散热不行，集成度越高，散热越难，在某些方面比晶体三极管要强。
1-4场效应管（FET）
概述：它的基本原理是靠“电场效应”来控制这个管，电场效应相比于BJT用电流控制，它的好处就在于它基本是没有电流的，没有电流的话基本上没有功率付出，从控制回路上看我消耗的功率非常非常小，而且它的输入电阻非常高；另外，与BJT管不同，BJT内有两种电子导电，受少子影响比较大，即受温度影响比较大，MOS管内只有一种粒子，多子在参与导电，所以它稳定性要好得多。
1-4-1 结型场效应管
1-4-2 绝缘栅型场效应管（使用比较多）（1962年造出来的）（又叫做金属氧化物半导体场效应晶体管，全称MOSFET）（在它的基础上又造出来CMOSFET）
一.N沟道增强型MOS管
1.结构
这个结构里面的SiO2绝缘层非常薄，之所以叫绝缘栅，是因为栅极和谁都绝缘。
g栅极（三极管的控制极b极基极） s源极（e极发射极）（习惯性的将与衬底相连的作为s极） d漏极（载流子的露出处）（c极集电极）。
2.工作原理
三极管有两大作用，开关作用和放大作用，MOS管具有相同的功能，达到这一功能，栅极就要控制某一个输出量，要么控制电压，要么控制电流；
在三极管中c和e之间是有电流的，但是在MOS管中你看结构，它的c和e之间，漏极和源极之间是没有电流的，我们想让做出来的器件有用，那怎么办？原理如下：
有很多可以加电压的地方，栅极可以加电压，d和s之间可以加电压，g和s之间也可以加电压。像栅极不加电压是没有电流的。
控制变量法分情况讨论，情况（一）：d极和s极不加任何电压，Ugs>0
将空穴全部排走，SiO2绝缘层下面会形成一层没有载流子的耗尽层，耗尽层的范围就扩大了，那我们继续增大Ugs，在这个过程中，有两件事发生，1.多子空穴更多的往下移动，少子“自由电子”被吸上去了，自由电子构成了反型层，我们得到了图b，两个N型半导体之间架起了沟渠，电子可以自由移动。在这个“沟道”里面，多子是“自由电子”，所以是N型沟道。
沟道宽度与什么有关？与Ugs大小有关，Ugs越大，沟道越宽，沟道越宽电阻越小（这里因为，电压越高，沟道越宽，沟道越宽说明里面电子越多，导电性能增加，相当于电阻减小。）
你得到了一个可以用电压控制的可变电阻器件~
Ugs决定了Rds。
既然ds之间有了电阻，那下一步让他们之间产生电流就是显而易见的事情→往ds之间加电压。
（2）当Uds大于开启电压Ugs（th）的时候，达到这个电压沟道才开始形成，我们增大Uds，
施加Uds之后，左右两边的上下之间的电位差发生了变化，左边的电位还是Ugs，右边的变成了Ugs-Uds，当右边的电位差为：Ugs-Uds=Ugs（th），称为预夹断。（这里的电位解释我不明白，之后半导体物理与器件学到了再回来补充）（看到红字弹幕说：改变的是下面点的电压，上面的点的电压相当于一直是Ugs，下面的点电压变为了Uds。但我不理解）
但是不会真的夹断，它会留一条缝，如果没电流，没压降了，它的空隙会立刻打开，他是一个自动的状态。（红字弹幕说：没有电流以后沟道的电压就和衬底一样了，在Ugs作用下又会打开沟道，所以不会真的夹断）
那我们继续加大Uds会发生什么？这个缝隙会变长，电阻会变大，我们会得到一个现象iD电流几乎不变。
预夹断电压之后再加大电压，iD电流不会在变化，也就是说是一个恒流状态（这是理想状态下，实际上还是会往上倾斜一些的），增加的电压都去抵抗增加的电阻了，自动在平衡，由于这个自由电子在这个缝隙里面高速通过，所以这个阻值会变大，这个增大刚好和电压的增大相抵消。→这里的iD只和Ugs有关！我们得到了一个向往已久的特性，栅极和源极之间的电压能够控制iD的电流，iD和Ugs成比例，但是在可变电阻区不成比例，因为iD在可变电阻区是Ugs和Uds共同作用的结果。
Ugs越大，它的沟道电阻越小，斜率越大。
总结：
1.Ugs<Ugs(th)，d和s之间截止，沟道没有形成，什么都不用谈。
2.Ugs>Ugs(th)且Uds没有达到预夹断电压，d和s之间表现为一个电阻，这个电阻的大小由Ugs决定，这个区域称为可变电阻区，在这个区域里面你可以得到一个可变电阻器。
3.当你的Uds足够大出现预夹断之后，事情并没有变坏，事情进入了另一个境界，你的Ugs可以控制iD了。
这个时候 你可以用这个区域去放大，有可变电阻，可以让它导通让它截止，这是场效应管。
以上讲的我们称之为绝缘栅N沟道增强型场效应管，N沟道指的是沟道的载流子是“自由电子”，增强型指的是什么？指的是：有Ugs>Ugs(th)这个增强过程，他才能导通。这是绝缘栅和结型不同的地方，结型是天然导通的。
栅极和源极还有漏极是绝缘的，他们之间想拉一个沟道出来，就是虚线和实线之间的部分，一开始还是断开的。
箭头指的还是PN结方向，PN结的正向导通就是从P到N，箭头指的就是N型半导体的地方，我们就能判断出沟道是N型的还是P型的，衬底是N型还是P型，所以左手边的就是N沟道，右边的就是P沟道。
以上我们讲完了N沟道增强型绝缘栅型场效应管，增强型的沟道一开始就不是导通的，那么有没有一开始就是导通的绝缘栅型场效应管呢？有的！
二.N沟道耗尽型MOS管
我在SiO2绝缘层里面固定了正电荷，我让他天生带正电。
带正电，带很多电荷，就有电场，强大到天生就有沟道产生。
我一开始拿过来不用加Ugs就能用，加正向的Ugs，我的沟道变大，加负向的Ugs，我的沟道变窄，与Ugs（th）相对应的一个电压值Ugs（off），你反向加到这个值，它沟道就没有了，我们把这个电压叫做夹断电压，我的Ugs只要大于这个Ugs（off），我的场效应管都可以用。
他这个虚线是连起来的，天生沟道就形成了。其他用法和增强型是一样的。
