MOSFET是什麼？有什麼應用產品 - StockFeel 股感

金屬－氧化物－半導體場效電晶體（ MOSFET ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）簡稱「 MOS 」，依照不同的導電特性又可以分為 ... MOSFET是什麼？有什麼應用產品 作者 知識力 收藏文章 很開心您喜歡知識力的文章， 追蹤此作者獲得第一手的好文吧！ 知識力 字體放大 分享至Line 分享至Facebook 分享至Twitter 複製文章連結 已複製文章連結 積體電路 MOSFET是什麼？有什麼應用產品 2021年3月18日 作者 HighTech 文章來源 知識力   展開 MOSFET的構造 金屬－氧化物－半導體場效電晶體（MOSFET：MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor）簡稱「MOS」，依照不同的導電特性又可以分為NMOS、PMOS、CMOS三種：  NMOS（N-typeMOS）：NMOS的構造如＜圖一（a）＞所示，在P型矽基板的左右各製作一個N型的區域（類似水溝的構造），並且在上方蒸鍍金屬電極；另外在矽基板的中央上方製作一層氧化矽，上方再蒸鍍一層金屬電極（目前大多使用多晶矽取代），中央的金屬稱為「閘極（Gate）」，左邊的金屬稱為「源極（Source）」，右邊的金屬稱為「汲極（Drain）」。

 PMOS（P-typeMOS）：PMOS的構造如＜圖一（b）＞所示，與NMOS相同，但是N型與P型區域相反，因此導電特性相反。

CMOS（ComplementaryMOS）：CMOS的構造如＜圖一 （c）＞所示，由一個NMOS與一個PMOS組合起來形成一個CMOS，是目前最常使用的一種主動元件。

圖一、MOS與CMOS的構造 閘極長度（Gatelength） 由＜圖一＞可以看出，MOS的閘極長度大約0.1μm（微米），所以NMOS與PMOS的尺寸大約0.5μm，MOS的尺寸大約1μm。

閘極長度是所有構造中最細小也最難製作的，因此我們常常以閘極長度來代表半導體製程的進步程度，這就是所謂的「製程線寬」。

閘極長度會隨製程技術的進步而變小，從早期的0.18微米、0.13微米，進步到90奈米、65奈米、45奈米、22奈米，到目前最新製程10奈米。

當閘極長度愈小，則整個MOS 就愈小，而同樣含有數十億個MOS 的晶片就愈小，封裝以後的積體電路就愈小，最後做出來的手機就愈小囉！ 【備註】製程線寬其實就是閘極長度，只是圖一看起來10奈米的閘極長度反而比較短，因此有人習慣把它叫做「線寬」。

MOS開關（MOSswitch） NMOS開關的工作原理如＜圖三＞所示，將電子由左邊的源極（N型水溝）注入，經過中央的閘極下方（P型通道）以後，再由右邊的汲極（N型水溝）流出，是否要讓電子通過，則由閘極「不加電壓（關）」或「施加電壓（開）」來控制： 閘極不加電壓：電子由左邊的源極（N型水溝）注入以後，由於閘極下方為P型不導電子，故電子無法通過，形成斷路，代表0，如＜圖二（a）＞所示。

閘極施加電壓：電子由左邊的源極（N型水溝）注入以後，由於閘極施加正電壓吸引下方P型矽晶圓中的少量電子浮到表面，形成含有電子的通道（Channel），電子沿著通道繼續前進，形成通路，代表1，如＜圖二（b）＞所示。

我們就是利用閘極快速地「不加電壓（關）」或「施加電壓（開）」，來控制電子的「不導通」或「導通」，進行0與1的快速運算。

一個積體電路（IC）含有許多的MOS，就可以進行一大堆0與1的運算，這就是個人電腦與「數位積體電路」工作的基本原理，除了NMOS以外，PMOS或CMOS都可以做為開關來使用，在此不再詳細討論。

圖二、NMOS開關的工作原理 MOS放大器（MOSamplifier） 使用NMOS除了可以做為開關，也可以做為放大器，其工作原理如＜圖三 （a）＞所示，將「較小的電壓或電流（小訊號）」輸入閘極（Gate），由於NMOS的元件特性會使訊號放大，轉變成「較大的電壓或電流（大訊號）」由汲極（Drain）輸出，這就是「類比積體電路」工作的基本原理，除了NMOS以外，PMOS或CMOS都可以做為放大器來使用，其工作原理如＜圖三（b）＞所示，在此不再詳細討論。

  圖三、NMOS放大器的工作原理 CMOS開關與放大器 由上面的描述可以得知，MOS說穿了就是開關，也就是可以控制0與1的元件，我們利用這種元件來製作可以處理數位訊號（0與1）的積體電路（IC），但是目前市面上幾乎所有的積體電路（IC）都是使用CMOS來製作，而不是使用NMOS或PMOS。

由＜圖一＞可以看出CMOS是由一個NMOS與一個PMOS組合而成，雖然功能與單獨一個NMOS相同，但是CMOS的體積是單獨一個NMOS的兩倍，製作成本較高，為什麼積體電路（IC）會使用成本較高的CMOS來製作呢？ 因為CMOS只有在處理數位訊號由0變1或由1變0時才會消秏電能（動態功率耗損），如果一直保持0或一直保持1時並不會消秏電能（靜態功率耗損），因此比單獨一個NMOS或PMOS還要省電，符合目前所有電子產品省電的要求，所以目前幾乎所有的積體電路（IC）實際上都是使用CMOS來製作，換句話說，目前的積體電路是：犧牲大小，成全省電。

《知識力》授權轉載 【延伸閱讀】 大家都知道半導體，但半導體元件有哪些？ LED是什麼？發光二極體的構造   週餘   篇 註冊/登入會員 免費註冊 73980   分享文章 分享至Line 分享至Facebook 分享至Twitter 複製文章連結 收藏 已收藏 很開心您喜歡知識力的文章， 追蹤此作者獲得第一手的好文吧！ 知識力 分享至Line 分享至Facebook 分享至Twitter 複製文章連結 追蹤股感 @stockfeel 詼諧輕鬆看時事 股感，來自生活 影像中的股感 每日知識發送 地圖推薦   推薦您和本文相關的多維知識內容 什麼是地圖推薦？ 推薦您和本文相關的多維知識內容   1 MESFET跟MOSFET有何不同？ 產業   2 台積電半導體製程競爭力關鍵：FinFET工作原理 產業   3 砷化鎵微波元件HBT的結構與工作原理 產業   4 半導體元件HEMT的原理及應用 產業   5 MicroLED是什麼？微發光二極體的構造 產業   6 二極體是什麼？有什麼產業應用 產業   7 什麼是IC封測：封裝與測試的流程步驟 投資   8 3D感測技術：什麼是飛時測距（ToF：TimeofFlight） 商業   9 【產業評析】DRAM產業簡介、概念股、市場現況與展望 投資   10 數位相機有哪些電子元件，搞懂DSC的構造 產業   11 PCB原料飛漲！什麼是PCB？了解印刷電路板的種類與製程 產業   12 太陽能電池的原理與種類 產業   13 系統封裝（SiP：SysteminaPackage）的種類與優缺點 產業   14 SoC介紹了解系統單晶片（SystemonaChip）的優點與挑戰 產業   15 雷射二極體：VCSEL是什麼？應用、原理一篇看懂！ 產業   16 大家都知道半導體，但半導體元件有哪些？ 產業   17 DHCP伺服器是什麼？如何運用？ 商業   18 春季發表會倒數計時，「蘋果新品」爆料全整理！ 商業   19 頻寬（Bandwidth）是什麼？對通訊有什麼影響？ 商業   20 主機板介紹：了解Motherboard的結構與組成 產業