MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种 电压控制型 半导体器件，通过电场效应调节导电通道，广泛用于数字电路（如CPU、内存）和模拟电路（如放大器、开关电源）。
1. 基本结构
MOSFET 由四个关键部分组成：
- 栅极（Gate, G）：控制导电通道的电压输入端。
- 源极（Source, S）：载流子（电子或空穴）的输入端。
- 漏极（Drain, D）：载流子的输出端。
- 衬底（Body, B）：通常与源极相连（N沟道接最低电位，P沟道接最高电位）。
根据导电类型分为：
- N沟道 MOSFET（NMOS）：载流子为电子。
- P沟道 MOSFET（PMOS）：载流子为空穴。
2. 工作原理
MOSFET 通过 栅极电压（VGS） 控制漏极-源极电流（IDS）：
增强型 MOSFET（Enhancement Mode）
- 截止区：当 |VGS| < |VTH|（阈值电压）时，无导电通道，IDS ≈ 0。
- 饱和区：VGS > VTH 且 VDS ≥ (VGS - VTH)，电流饱和，用于开关或放大。
- 线性区：VGS > VTH 且 VDS < (VGS - VTH)，电阻特性，用于模拟开关。
耗尽型 MOSFET（Depletion Mode）
3. 主要参数
| 参数 |
说明 |
| VTH（阈值电压） |
形成导电通道所需的最小栅极电压。 |
| ID（漏极电流） |
漏极与源极之间的电流，受VGS控制。 |
| RDS(on)（导通电阻） |
饱和区导通时的等效电阻，影响功耗。 |
| CGS, CGD（寄生电容） |
影响开关速度和高频性能。 |
4. 应用场景
- 数字电路：CMOS 逻辑门（如反相器、与非门）。
- 功率开关：DC-DC 转换器、电机驱动（如 NMOS + PMOS 组成的半桥或全桥）。
- 模拟放大：运算放大器、音频放大器。
- 存储器：DRAM 中的访问晶体管。
5. 特点与优势
- 高输入阻抗：栅极几乎不吸取电流，适合低功耗设计。
- 快速开关：无少数载流子存储效应（与双极晶体管相比）。
- 易于集成：适合大规模集成电路（如 CPU、GPU）。
- 低噪声：在高频应用中表现优异。
6. 与双极晶体管（BJT）的区别
| 特性 |
MOSFET |
BJT（三极管） |
| 控制方式 |
电压控制（VGS） |
电流控制（IB） |
| 输入阻抗 |
极高（MΩ级） |
较低（kΩ级） |
| 开关速度 |
更快（无存储时间） |
较慢（受载流子复合影响） |
| 功耗 |
低（静态功耗小） |
较高（基极电流消耗） |
示例电路
- CMOS 反相器：NMOS 和 PMOS 互补工作，实现逻辑非功能。
- BUCK 降压转换器：通过 PWM 控制 MOSFET 开关，调节输出电压。
MOSFET 是现代电子技术的核心器件，其性能优化推动了集成电路的小型化和高效化发展。
