Αρχή λειτουργίας της λειτουργίας βελτίωσης N-καναλιών MOSFET

(1) Η επίδραση ελέγχου του vGS στο ID και το κανάλι

① Περίπτωση vGS=0

Μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν δύο συνδέσεις PN back-to-back μεταξύ της αποστράγγισης d και της πηγής s της λειτουργίας βελτίωσηςMOSFET.

Όταν η τάση πύλης-πηγής vGS=0, ακόμα κι αν προστεθεί η τάση πηγής αποστράγγισης vDS, και ανεξάρτητα από την πολικότητα του vDS, υπάρχει πάντα μια διασταύρωση PN στην αντίστροφη πολωμένη κατάσταση. Δεν υπάρχει αγώγιμο κανάλι μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής, επομένως το ρεύμα αποστράγγισης ID≈0 αυτή τη στιγμή.

② Η περίπτωση του vGS>0

Εάν vGS>0, δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο στο μονωτικό στρώμα SiO2 μεταξύ της πύλης και του υποστρώματος. Η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου είναι κάθετη στο ηλεκτρικό πεδίο που κατευθύνεται από την πύλη προς το υπόστρωμα στην επιφάνεια του ημιαγωγού. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο απωθεί τις τρύπες και προσελκύει ηλεκτρόνια. Απωθητικές οπές: Οι οπές στο υπόστρωμα τύπου P κοντά στην πύλη απωθούνται, αφήνοντας ακίνητα ιόντα δέκτη (αρνητικά ιόντα) να σχηματίσουν ένα στρώμα εξάντλησης. Προσέλκυση ηλεκτρονίων: Τα ηλεκτρόνια (μειοψηφικοί φορείς) στο υπόστρωμα τύπου P έλκονται από την επιφάνεια του υποστρώματος.

(2) Σχηματισμός αγώγιμου καναλιού:

Όταν η τιμή vGS είναι μικρή και η ικανότητα προσέλκυσης ηλεκτρονίων δεν είναι ισχυρή, δεν υπάρχει ακόμα αγώγιμο κανάλι μεταξύ του αγωγού και της πηγής. Καθώς το vGS αυξάνεται, περισσότερα ηλεκτρόνια έλκονται στο επιφανειακό στρώμα του υποστρώματος P. Όταν το vGS φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, αυτά τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα λεπτό στρώμα τύπου Ν στην επιφάνεια του υποστρώματος P κοντά στην πύλη και συνδέονται με τις δύο περιοχές N+, σχηματίζοντας ένα αγώγιμο κανάλι τύπου Ν μεταξύ του αγωγού και της πηγής. Ο τύπος αγωγιμότητάς του είναι αντίθετος από αυτόν του υποστρώματος P, γι' αυτό ονομάζεται και στρώμα αναστροφής. Όσο μεγαλύτερο είναι το vGS, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο που ενεργεί στην επιφάνεια του ημιαγωγού, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια έλκονται στην επιφάνεια του υποστρώματος P, τόσο πιο παχύ είναι το αγώγιμο κανάλι και τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση του καναλιού. Η τάση πύλης-πηγής όταν το κανάλι αρχίζει να σχηματίζεται ονομάζεται τάση ενεργοποίησης, που αντιπροσωπεύεται από VT.