Prinsipyo ng pagtatrabaho ng mode ng pagpapahusay ng N-channel na MOSFET

(1) Ang control effect ng vGS sa ID at channel

① Kaso ng vGS=0

Makikita na mayroong dalawang back-to-back PN junction sa pagitan ng drain d at source s ng enhancement-modeMOSFET.

Kapag ang gate-source voltage vGS=0, kahit na ang drain-source voltage vDS ay idinagdag, at anuman ang polarity ng vDS, palaging may PN junction sa reverse biased na estado. Walang conductive channel sa pagitan ng drain at source, kaya ang drain ay kasalukuyang ID≈0 sa ngayon.

② Ang kaso ng vGS>0

Kung vGS>0, ang isang electric field ay nabuo sa SiO2 insulating layer sa pagitan ng gate at ng substrate. Ang direksyon ng electric field ay patayo sa electric field na nakadirekta mula sa gate hanggang sa substrate sa ibabaw ng semiconductor. Ang electric field na ito ay nagtataboy ng mga butas at umaakit ng mga electron. Pagtataboy ng mga butas: Ang mga butas sa P-type na substrate na malapit sa gate ay tinataboy, na nag-iiwan ng mga hindi natitinag na acceptor ions (negative ions) upang bumuo ng isang depletion layer. Mang-akit ng mga electron: Ang mga electron (minority carrier) sa P-type na substrate ay naaakit sa ibabaw ng substrate.

(2) Pagbuo ng conductive channel:

Kapag maliit ang halaga ng vGS at hindi malakas ang kakayahang makaakit ng mga electron, wala pa ring conductive channel sa pagitan ng drain at source. Habang tumataas ang vGS, mas maraming electron ang naaakit sa ibabaw na layer ng P substrate. Kapag ang vGS ay umabot sa isang tiyak na halaga, ang mga electron na ito ay bumubuo ng isang N-type na manipis na layer sa ibabaw ng P substrate malapit sa gate at konektado sa dalawang N+ na rehiyon, na bumubuo ng isang N-type na conductive channel sa pagitan ng drain at source. Ang uri ng conductivity nito ay kabaligtaran sa P substrate, kaya tinatawag din itong inversion layer. Ang mas malaking vGS ay, mas malakas ang electric field na kumikilos sa ibabaw ng semiconductor, mas maraming mga electron ang naaakit sa ibabaw ng P substrate, mas makapal ang conductive channel, at mas maliit ang channel resistance. Ang boltahe ng gate-source kapag nagsimulang mabuo ang channel ay tinatawag na turn-on na boltahe, na kinakatawan ng VT.

AngN-channel MOSFETtinalakay sa itaas ay hindi maaaring bumuo ng isang conductive channel kapag vGS <VT, at ang tubo ay nasa isang cut-off na estado. Kapag vGS≥VT lang makakabuo ng channel. Ang ganitong uri ngMOSFETna dapat bumuo ng conductive channel kapag ang vGS≥VT ay tinatawag na enhancement-modeMOSFET. Matapos mabuo ang channel, nabubuo ang drain current kapag inilapat ang forward voltage vDS sa pagitan ng drain at source. Ang impluwensya ng vDS sa ID, kapag vGS>VT at ay isang tiyak na halaga, ang impluwensya ng drain-source boltahe vDS sa conductive channel at kasalukuyang ID ay katulad ng sa junction field effect transistor. Ang pagbaba ng boltahe na nabuo ng kasalukuyang drain ID sa kahabaan ng channel ay ginagawang hindi na pantay ang mga boltahe sa pagitan ng bawat punto sa channel at ng gate. Ang boltahe sa dulo malapit sa pinagmulan ay ang pinakamalaking, kung saan ang channel ay pinakamakapal. Ang boltahe sa dulo ng alisan ng tubig ay ang pinakamaliit, at ang halaga nito ay VGD=vGS-vDS, kaya ang channel ang pinakamanipis dito. Ngunit kapag ang vDS ay maliit (vDS