MOS管結構原理圖解分析,就是這么簡單-KIA MOS管

MOS管結構原理

MOS管又稱場效應管，即在集成電路中絕緣性場效應管。MOS英文全稱為Metal-Oxide-Semiconductor即金屬-氧化物-半導體，確切的說，這個名字描述了集成電路中MOS管的結構，即：在一定結構的半導體器件上，加上二氧化硅和金屬，形成柵極。

MOS管的source和drain是可以對調的，都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，兩個區是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能,這樣的器件被認為是對稱的。

雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比（beta）。另一種晶體管，叫做場效應管（FET），把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。

FET的增益等于它的transconductance， 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，詳情參考右側圖片（N溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見的為低壓mos管。

場效應管通過投影一個電場在一個絕緣層上來影響流過晶體管的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來作為GATE極下的絕緣體。

這種晶體管稱為金屬氧化物半導體（MOS）晶體管，或，金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）。因為MOS管更小更省電，所以他們已經在很多應用場合取代了雙極型晶體管。

MOS管結構原理圖解

MOS管的內部結構如下圖所示;其導通時只有一種極性的載流子(多子)參與導電，是單極型晶體管。導電機理與小功率MOS管相同，但結構上有較大區別，小功率MOS管是橫向導電器件，功率MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET，大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻，該管導通時在兩個高濃度n擴散區間形成n型導電溝道。

n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓，且只有柵源電壓大于閾值電壓時才有導電溝道產生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓(柵源電壓為零)時，就有導電溝道產生的n溝道MOS管。

1、結構和符號（以N溝道增強型為例）

在一塊濃度較低的P型硅上擴散兩個濃度較高的N型區作為漏極和源極，半導體表面覆蓋二氧化硅絕緣層并引出一個電極作為柵極。

2、工作原理

MOS管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應管)它是利用VGS來控制“感應電荷”的多少，以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，然后達到控制漏極電流的目的。

在制造管子時，通過工藝使絕緣層中出現大量正離子，故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質的N區接通，形成了導電溝道，即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。

當柵極電壓改變時，溝道內被感應的電荷量也改變，導電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

（以N溝道增強型為例）

（1）VGS=0時，不管VDS極性如何，其中總有一個PN結反偏，所以不存在導電溝道。

VGS=0，ID=0

VGS必須大于0

管子才能工作。

（2）VGS≥0時，在Sio2介質中產生一個垂直于半導體表面的電場，排斥P區多子空穴而吸引少子電子。當VGS達到一定值時P區表面將形成反型層把兩側的N區溝通，形成導電溝道。

VGS≥0→g吸引電子→反型層→導電溝道

VGS↑→反型層變厚→VDS↑→ID↑

（3）VGS≥VT時而VDS較小時：VDS↑→ID↑

T：開啟電壓，在VDS作用下開始導電時的VGS°；VT=VGS—VDS

（4）VGS》0且VDS增大到一定值后，靠近漏極的溝道被夾斷，形成夾斷區。VDS↑→ID不變

MOS管結構原理：優勢

1.可應用于放大。由于場效應管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。

2.很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3.可以用作可變電阻。

4.可以方便地用作恒流源。

5.可以用作電子開關。

6.在電路設計上的靈活性大。柵偏壓可正可負可零，三極管只能在正向偏置下工作，電子管只能在負偏壓下工作。另外輸入阻抗高，可以減輕信號源負載，易于跟前級匹配。

MOS管（場效應管）的應用領域

1.工業領域、步進馬達驅動、電鉆工具、工業開關電源

2.新能源領域、光伏逆變、充電樁、無人機

3.交通運輸領域、車載逆變器、汽車HID安定器、電動自行車

4.綠色照明領域、CCFL節能燈、LED照明電源、金鹵燈鎮流器

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