MOSFET數(shù)字電路

數(shù)字科技的進步，如微處理器運算效能不斷提升，帶給深入研發(fā)新一代MOSFET更多的動力，這也使得MOSFET本身的操作速度越來越快，幾乎成為各種半導(dǎo)體主動元件中最快的一種。MOSFET在數(shù)字信號處理上最主要的成功來自CMOS邏輯電路的發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)最大的好處是理論上不會有靜態(tài)的功率損耗，只有在邏輯門（logic gate）的切換動作時才有電流通過。CMOS邏輯門最基本的成員是CMOS反相器（inverter），而所有CMOS邏輯門的基本操作都如同反相器一樣，在邏輯轉(zhuǎn)換的瞬間同一時間內(nèi)必定只有一種晶體管（NMOS或是PMOS）處在導(dǎo)通的狀態(tài)下，另一種必定是截止狀態(tài)，這使得從電源端到接地端不會有直接導(dǎo)通的路徑，大量節(jié)省了電流或功率的消耗，也降低了集成電路的發(fā)熱量。

MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的另外一大優(yōu)勢是對直流（DC）信號而言，MOSFET的柵極端阻抗為無限大（等效于開路），也就是理論上不會有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點，而是完全由電壓控制柵極的形式。這讓MOSFET和他們最主要的競爭對手BJT相較之下更為省電，而且也更易于驅(qū)動。在CMOS邏輯電路里，除了負責驅(qū)動芯片外負載（off-chip load）的驅(qū)動器（driver）外，每一級的邏輯門都只要面對同樣是MOSFET的柵極，如此一來較不需考慮邏輯門本身的驅(qū)動力。相較之下，BJT的邏輯電路（例如最常見的TTL）就沒有這些優(yōu)勢。MOSFET的柵極輸入電阻無限大對于電路設(shè)計工程師而言亦有其他優(yōu)點，例如較不需考慮邏輯門輸出端的負載效應(yīng)（loading effect）。

模擬電路

有一段時間，MOSFET并非模擬電路設(shè)計工程師的首選，因為模擬電路設(shè)計重視的性能參數(shù)，如晶體管的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transconductance）或是電流的驅(qū)動力上，MOSFET不如BJT來得適合模擬電路的需求。但是隨著MOSFET技術(shù)的不斷演進，今日的CMOS技術(shù)也已經(jīng)可以符合很多模擬電路的規(guī)格需求。再加上MOSFET因為結(jié)構(gòu)的關(guān)系，沒有BJT的一些致命缺點，如熱破壞（thermal runaway）。另外，MOSFET在線性區(qū)的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來取代傳統(tǒng)的多晶硅電阻（poly resistor），或是MOS電容本身可以用來取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容（PIP capacitor），甚至在適當?shù)碾娐房刂葡驴梢员憩F(xiàn)出電感（inductor）的特性，這些好處都是BJT很難提供的。也就是說，MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外，也可以用來作為模擬電路中大量使用的被動元件（passive device）。這樣的優(yōu)點讓采用MOSFET實現(xiàn)模擬電路不但可以滿足規(guī)格上的需求，還可以有效縮小芯片的面積，降低生產(chǎn)成本。

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步，對于整合更多功能至單一芯片的需求也跟著大幅提升，此時用MOSFET設(shè)計模擬電路的另外一個優(yōu)點也隨之浮現(xiàn)。為了減少在印刷電路板（Printed Circuit Board,PCB）上使用的集成電路數(shù)量、減少封裝成本與縮小系統(tǒng)的體積，很多原本獨立的類比芯片與數(shù)位芯片被整合至同一個芯片內(nèi)。MOSFET原本在數(shù)位集成電路上就有很大的競爭優(yōu)勢，在類比集成電路上也大量采用MOSFET之后，把這兩種不同功能的電路整合起來的困難度也顯著的下降。另外像是某些混合信號電路（Mixed-signal circuits），如類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter,ADC），也得以利用MOSFET技術(shù)設(shè)計出效能更好的產(chǎn)品。