耗尽型MOSFET的基本结构
耗尽型MOSFET的输出特性和转移特性虽然与JFET有所相似,但在结构上却大相径庭。以n沟道耗尽型MOSFET为例,其基本结构可简述如下:

耗尽型MOSFET的基本结构中,衬底是由一块完整的 p型材料构成,并可以通过金属端子单独引出,图中标注为SS极。漏极和源极则采用 n型材料,同样设有金属端子进行引出。在源极和栅极之间,存在一条由n型材料构成的窄沟道,这是漏源极之间导电的主要通道。值得注意的是,栅极的金属端子与整个MOSFET之间仅通过一层薄薄的 二氧化硅隔开,这层二氧化硅作为绝缘体,在图中被称为电介质。正是由于二氧化硅的完全绝缘特性,使得栅极与MOSFET之间无电接触,从而赋予了MOSFET极高的输入阻抗,甚至超越了JFET。由于其栅极与管体之间的完全绝缘特性,MOSFET也常被称作绝缘栅极场效应管(IGFET)。
在实际应用中,由于衬底SS极常与源极S相连以降低成本和应用便利,MOSFET通常被制作成三端子器件。但需注意,此时D和S的不对称性使得它们不能被反转调换使用。
工作状态解析
耗尽型MOSFET的输出特性曲线与转移特性曲线均与JFET颇为相似。接下来,我们将深入 探讨耗尽型MOSFET的工作原理。当栅极与源极短接,使得VGS=0时,其电路配置如下:
当在漏极施加一个正电压VDD时,n沟道会表现出类似于普通电阻的特性,即漏极电流ID随着VDD的增大而增大。然而,随着VDD的进一步增大,n沟道中各点的电位也会相应提升。这种电位的增加会导致n沟道与p衬底之间的反偏PN结(即耗尽区)的宽度变宽,从而使得n沟道中能够导电的区域逐渐变窄。这一现象与JFET中的夹断效应相似,蕞终会使得电流达到一个动态饱和平衡的状态,即IDSS。在这一状态下,耗尽型MOSFET的输出特性曲线与JFET的曲线呈现出较高的相似性,如下图所示:

在将VGS置为负电压的情况下,其电路接线方式如下:

当栅极电压为负时,n沟道中的载流子(电子)会被推向p衬底。这些电子进入p衬底后,会与其中的空穴发生复合,导致n沟道中的载流子数量减少,进而影响其导电能力。栅极电压越负,被推向p衬底的电子就越多,n沟道的导电能力也就越弱。当栅源负电压达到某个特定值时,n沟道中的载流子将被完全排空,此时整个n沟道将不再具有导电性。
耗尽型MOS