柵極電壓,MOS管柵極開啟電壓圖文分析-KIA MOS管

柵極簡介

柵極是場效應管或MOSFET等電子器件的關鍵部件之一，它可以通過改變柵極與源極之間的電壓來控制器件的導電性能。

柵極在電子器件中的特點：

可以通過改變其電壓來控制器件的電流和電導性能。

柵極采用金屬片或線網格，表面積較小，使得其靈敏度較高。

與晶體管內部的其他元件相比，柵極電容較小，對信號的響應速度較快。

柵極結構簡單，易于制造和集成在芯片中。

場效應管（MOS管）柵極

場效應管根據三極管的原理開發出的新一代放大元件，有3個極性，柵極，漏極，源極，它的特點是柵極的內阻極高，采用二氧化硅材料的可以達到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。由多數載流子參與導電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。

所有的FET都有柵極、漏極（drain）、源極（source）三個端，分別大致對應雙極性晶體管的基極（base）、集電極（collector）和發射極（emitter）。除了結型場效應管外，所有的FET也有第四端，被稱為體（body）、基（base）、塊體（bulk）或襯底（substrate）。這個第四端可以將晶體管調制至運行；在電路設計中，很少讓體端發揮大的作用，但是當物理設計一個集成電路的時候，它的存在就是重要的。

在圖1中柵極的長度（length）L，是指源極和漏極的距離。寬度（width）是指晶體管的范圍，在圖1中和橫截面垂直。通常情況下寬度比長度大得多。長度1微米的柵極限制最高頻率約為5GHz，0.2微米則是約30GHz。

這些端的名稱和它們的功能有關。柵極可以被認為是控制一個物理柵的開關。這個柵極可以通過制造或者消除源極和漏極之間的溝道，從而允許或者阻礙電子流過。如果受一個外加的電壓影響，電子流將從源極流向漏極。體很簡單的就是指柵極、漏極、源極所在的半導體的塊體。

通常體端和一個電路中最高或最低的電壓相連，根據類型不同而不同。體端和源極有時連在一起，因為有時源也連在電路中最高或最低的電壓上。當然有時一些電路中FET并沒有這樣的結構，比如級聯傳輸電路和串疊式電路。

MOS管柵極開啟電壓分析

控制機理上MOS-FET的柵極與管子的其余部分絕緣，靠柵源極電壓來控制載流子運動。N-MOSFET是一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，并在源極S和漏極D兩個區域制作兩個摻雜濃度較高的N型半導體區域，通過歐姆電極與源極和漏極相連。

由圖可以看出，柵極G和S、D極之間是有一層二氧化硅，因此，柵極與管子的其余部分絕緣。所以，這種FET稱為絕緣柵型場效應管。在底層的金屬襯底上引出電極B，稱為背面柵極。

那么，柵極和其他部分絕緣，是如何影響載流子的運動的呢？答案就是電場，見下圖。

當Ugs=0時，MOS-FET就是兩個共陽極的二極管，B極是公共陽極，S、D極是兩個陰極。這時，不管S、D之間加何種極性電壓（當然不能超過最大耐壓），都不會有電流產生，此時可認為MOS-FET是截止的。

當背柵極B與源極短接，并給G、S極間加上正電壓，如上圖所示，那么就會形成一個與P-襯底相垂直的電場。當Ugs超過某個臨界值，垂直電場到達一定強度，較多的電子被吸引到P型硅表面，在兩個N型半導體區域之間形成導電的N溝道，這樣S、D極的N溝道形成一體，與下面的P型硅形成PN結。

此時，在D、S間施加正向電壓，PN結反向截止，所以，D、S、N溝道區下面存在一層耗盡區，與背柵極襯底隔離開。那么，此時D、S極間，就會有不經過襯底的電流，通過N溝道由漏區到達源區，形成漏電流Id。那么，我們就把剛開始出現N溝道的Ugs稱為開啟電壓。

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