עקרון העבודה של מצב שיפור N-channel MOSFET

(1) השפעת הבקרה של vGS על המזהה והערוץ

① מקרה של vGS=0

ניתן לראות שיש שני חיבורי PN גב אל גב בין הניקוז d למקור s של מצב השיפורMOSFET.

כאשר מתח מקור השער vGS=0, גם אם מתח מקור הניקוז vDS נוסף, וללא קשר לקוטביות של vDS, תמיד יש צומת PN במצב מוטה הפוך. אין תעלה מוליכה בין הניקוז למקור, ולכן זרם הניקוז ID≈0 בשלב זה.

② המקרה של vGS>0

אם vGS>0, נוצר שדה חשמלי בשכבת הבידוד SiO2 בין השער למצע. כיוון השדה החשמלי מאונך לשדה החשמלי המכוון מהשער אל המצע על פני המוליך למחצה. שדה חשמלי זה דוחה חורים ומושך אלקטרונים. דחיית חורים: החורים במצע מסוג P ליד השער נדחים, ומשאירים יונים מקולטים בלתי ניתנים להזזה (יונים שליליים) ליצירת שכבת דלדול. מושך אלקטרונים: האלקטרונים (נשאי מיעוט) במצע מסוג P נמשכים אל פני המצע.

(2) היווצרות ערוץ מוליך:

כאשר ערך vGS קטן והיכולת למשוך אלקטרונים אינה חזקה, עדיין אין תעלה מוליכה בין הניקוז למקור. ככל שה-vGS עולה, יותר אלקטרונים נמשכים לשכבת פני השטח של מצע P. כאשר vGS מגיע לערך מסוים, אלקטרונים אלו יוצרים שכבה דקה מסוג N על פני המצע P ליד השער ומחוברים לשני אזורי N+, ויוצרים תעלה מוליכה מסוג N בין הניקוז למקור. סוג המוליכות שלו מנוגד לזה של מצע P, ולכן הוא נקרא גם שכבת היפוך. ככל שה-vGS גדול יותר, ככל שהשדה החשמלי הפועל על משטח המוליכים למחצה חזק יותר, ככל שיותר אלקטרונים נמשכים אל פני השטח של המצע P, כך התעלה המוליכה עבה יותר, והתנגדות הערוץ קטנה יותר. מתח מקור השער כאשר הערוץ מתחיל להיווצר נקרא מתח הדלקה, המיוצג על ידי VT.

הערוץ N MOSFETהנדון לעיל אינו יכול ליצור ערוץ מוליך כאשר vGS < VT, והצינור נמצא במצב ניתוק. רק כאשר vGS≥VT ניתן ליצור ערוץ. מהסוג הזהMOSFETשחייב ליצור ערוץ מוליך כאשר vGS≥VT נקרא מצב שיפורMOSFET. לאחר יצירת הערוץ, נוצר זרם ניקוז כאשר מופעל מתח קדימה vDS בין הניקוז למקור. ההשפעה של vDS על ID, כאשר vGS>VT והיא ערך מסוים, ההשפעה של מתח מקור הניקוז vDS על הערוץ המוליך ומזהה הזרם דומה לזו של טרנזיסטור אפקט שדה צומת. מפל המתח שנוצר על ידי מזהה זרם הניקוז לאורך הערוץ גורם לכך שהמתחים בין כל נקודה בערוץ לשער אינם שווים יותר. המתח בקצה הקרוב למקור הוא הגדול ביותר, שם הערוץ העבה ביותר. המתח בקצה הניקוז הוא הקטן ביותר, והערך שלו הוא VGD=vGS-vDS, ולכן הערוץ הוא הכי דק כאן. אבל כאשר vDS קטן (vDS