场效应晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的简称，它是现代电子产品的基本组成部分。
作为电子工程师，对MOSFET肯定不会陌生，但是你真的掌握它了吗？本文我们一起从电流和半导体的基础知识，到MOSFET的区域和结构，再到其电路符号进行梳理和学习。
先问大家一个问题，你们知道电路的电流和电子是如何流动的吗？
图1
在图1电路中，电流从电池的正极流向负极，而且电场从电池外部的正极流向负极。电子的流动与电场或电流的流动相反，也就是电子从负极流向正极。
MOSFET由诸如硅的半导体材料制成，半导体在导体和绝缘体之间具有导电性。为了使半导体成为良好的导体，会在纯晶体中引入两种类型的杂质，如果杂质是五价的，则所得的半导体为n型。在n型电子中，大多数电荷载流子。如果杂质是三价的，那么所得的半导体是p型的。在p型孔中，大多数电荷载流子。
图2
如图2所示，如果我们将它们连接起来，那么在结处，n型电子将填充p型中的空穴，从而耗尽结附近的电荷，该区域称为耗尽区。如果将p型连接到电池的正极，将n型连接到电池的负极，则耗尽层会减少，这称为正向偏置。如果电池的极性接反，则耗尽层会增加，这称为反向偏置。
MOSFET有两种类型：增强型和耗尽型，这两种类型都进一步分为：N通道和P通道。
我们介绍的这种MOSFET是N沟道MOSFET。首先，让我们看一下N沟道增强型MOSFET。
图3
上图3就是MOSFET的结构。其中黄色区域是n型半导体，蓝色区域是p型半导体，与蓝色相连接的端子是衬底或基板端子，与黄色相连接的两个端子一个称为源极端子，一个称为漏极端子。在这些端子之间，有一薄层绝缘体或电介质，在该绝缘体的上方连接有另一个端子，称为栅极端子，这些就是MOSFET的四个端子，如下图4所示：
图4
由于MOSFET是对称的，所以源极或漏极可以互换。因此，源极端子和基板端子在内部连接，所以我们看到的MOSFET具有三个端子，而且它们处于相同的电位，这就阻止了任何电流从衬底流向源极。
在MOSFET中，我们希望电流从漏极流到源极，因此，我们必须在漏极和源极之间连接一个电池，该电压称为Vds，因为它介于漏极和源极之间。此外，我们可以看到漏极电流与Vds的关系图，如图5所示。
图5
电池的正极增加了漏极端子处的电势，从而增加了漏极和基板之间的耗尽区，因此不会有电流从漏极流到源极，这时候MOSFET处于截止状态，这也称为截止区域。
现在，要使电流从漏极流到源极，必须在它们之间建立一个通道。为了创建通道，我们又在栅极和衬底之间连接了一个小电压源，如图6所示：
图6
电池正端与栅极相连，该电压称为Vgs，因为它介于栅极和源极之间，衬底是p型半导体，因此，电荷载流子是空穴，但是存在一些自由电子作为少数电荷载流子。电池在基板内部产生电场，由于该场衬底中的电子与电场相反地流动，即流向栅极，由于存在绝缘体，这些电子无法从基板流向栅极，因此它们聚集在衬底中的栅极附近。
我们知道，电容器用于在两个金属板上存储电荷，同样，我们可以通过在板之间放置绝缘体或电介质来增加电容。同样，MOSFET中的绝缘体或电介质不仅会阻挡电子，还会增加电子上的电荷，从而吸引更多的电子。
现在，如果我们增加Vgs，更多的电子将被吸引向栅极，这些电子开始填充一些空穴。同样，由于栅极空穴的较强电荷，其开始从栅极移开。
图7
在上图7所示红色框区域中我们可以看到该区域没有空穴，但是有自由电子，因为这些电子，栅极附近的区域变为了负或n型半导体，这就创建了一个在内部将源极和漏极相互连接的通道，创建的这条管道，便可以使电子从源极移动到漏极，通过改变栅极电压来控制沟道的厚度。随着电压的增大或减小，沟道的宽度也随之增大或减小，这里形成沟道的电压称为阈值电压。
图8
如图8所示，创建此通道后，电流可以通过该通道从漏极流到源极。电流从漏极流向源极，但电子流却与之相反，即从源极流向漏极，这也是为什么它们被称为源极和漏极的原因，因为源极将电子提供给沟道，而漏极则从沟道中收集电子。由于电流从漏极流到源极，因此称为漏极电流。
当MOSFET处于欧姆或线性区域时，在该区域中，遵循欧姆定律，即，随着电压增加，电流线性增加。但是，随着电压的增加，漏极和衬底之间的耗尽区将随着反向偏置而增加。同样，通道开始向排水端耗尽，这是因为漏极处于正电位，并且来自最靠近漏极的沟道的负电荷被拉入漏极，减小了通道的宽度，从而限制了电荷的流动并减小了电流的流动。当我们增加电压时，通道完全收缩将达到一个点，这称为夹断效应。在实际情况下，该通道并未完全收缩。
由于通道中电子的大量流动，许多电子将保留通道，因此，不是停止电流，而是恒定的饱和电流，该电流称为饱和电流，发生该电流的电压称为饱和电压。如果增加电压，则反向偏置将增加，通道将进一步减小，但电流不会增加，因为它已饱和，这就是所谓的饱和区。
MOSFET也被称为电压控制器件，因为栅极的电压量控制着电流从漏极到源极的流动。同样，没有电流从栅极流出。
图9
图9是创建的两个MOSFET的特性图形，左边是漏极特性，右边是传输特性（恒定Vds）。
还有另一种称为耗尽型的MOSFET。除了在掺杂时也形成沟道以外，与增强型相似，即，默认情况下，耗尽型存在由增强型的栅极电压形成的沟道，所有其他工作原理都相同，不同的是，耗尽型需要一个负栅极电压来关闭它，它通常打开（常闭），而增强型通常关闭（常开）。
现在我们知道了MOSFET的工作原理，让我们看一下它的电路符号吧！如下图10所示：
图10
从图10中，我们可以看出每个电路符号均有四个端子，即源极，栅极，漏极和衬底，其中，源极和衬底内部连接。如果箭头指向衬底，则其N沟道或电子流向栅极以形成N沟道，否则，其P沟道或电子从栅极流走以形成P沟道。
好了，关于MOSFET的讨论，到这里就告一段落了，你还有什么好的区分N沟道和P沟道的方法吗？欢迎留言区留言分享。
