?n溝道mos管原理，nmos工作條件詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2025-02-12
n溝道mos管稱為nmos，用以下符號表示。
nmos管常用于大功率設備，如電機驅動、開關電源和逆變器等。其工作原理是基于電壓型驅動方式，小電壓控制大電壓，使用起來比較方便。
mos管的工作取決于mos電容，它是源極和漏極之間的氧化層下方的半導體表面。只需分別施加正柵極電壓或負柵極電壓，即可將其從p型反轉為n型。
mos管的主要原理是能夠控制源極和漏極之間的電壓和電流。它的工作原理幾乎就像一個開關，設備的功能基于mos電容。mos電容是mos管的的主要部分。
當漏源電壓（VDS）連接在漏極和源極之間時，正電壓施加到漏極，負電壓施加到源極。在這里，漏極的Pn結是反向偏置的，而源極的Pn結是正向偏置的。在這個階段，漏極和源極之間不會有任何電流流動。
如果我們將正電壓(VGG)施加到柵極端子，由于靜電引力，P襯底中的少數電荷載流子（電子）將開始積聚在柵極觸點上，從而在兩個n+區域之間形成導電橋。
在柵極接觸處積累的自由電子的數量取決于施加的正電壓的強度。施加的電壓越高，由于電子積累而形成的n溝道寬度越大，這最終會增加電導率，并且漏極電流(ID)將開始在源極和漏極之間流動。
當沒有電壓施加到柵極端子時，除了由于少數電荷載流子而產生的少量電流外，不會有任何電流流動。mos管開始導通的最小電壓稱為閾值電壓。
n溝道mos管為例子來了解mos管工作原理。取一個輕摻雜的P型襯底，其中擴散了兩個重摻雜的n型區域，作為源極和漏極。在這兩個n+區域之間，發生擴散以形成n溝道，連接漏極和源極。
在整個表面上生長一層薄薄的二氧化硅(SiO2)，并制作孔以繪制用于漏極和源極端子的歐姆接觸。鋁的導電層覆蓋在整個通道上，在這個SiO2層上，從源極到漏極，構成柵極。SiO2襯底連接到公共或接地端子。
由于其結構，mos管的芯片面積比BJT小得多，與雙極結型晶體管相比，其占用率僅為5%。
n溝道mos管（耗盡型）的工作原理
首先，我們認為在柵極和溝道之間不存在Pn結。我們可以觀察到，擴散溝道n（兩個n+區域之間）、絕緣介質SiO2和柵極的鋁金屬層共同形成了一個平行板電容器。
如果nmos管必須工作在耗盡模式，則柵極端應為負電位，漏極為正電位，如下圖所示。
當柵極和源極之間沒有施加電壓時，由于漏極和源極之間的電壓，一些電流會流動。讓一些負電壓施加在VGG上。然后少數載流子即空穴被吸引并在SiO2層附近沉降。但是多數載流子，即電子被排斥。
在VGG處具有一定量的負電位時，一定量的漏極電流ID流過源極到漏極。當這個負電位進一步增加時，電子被耗盡，電流ID減小。因此，施加的VGG越負，漏極電流ID的值就越小。
靠近漏極的通道比源極（如FET）消耗得更多，并且由于這種效應，電流會減少。
n溝道mos管的工作原理（增強型）
如果我們可以改變電壓VGG的極性，相同的mos管可以在增強模式下工作。因此，我們考慮柵極源極電壓VGG為正的mos管，如下圖所示。
當柵極和源極之間沒有施加電壓時，由于漏極和源極之間的電壓，一些電流會流動。讓一些正電壓施加在VGG上。然后少數載流子即空穴被排斥而多數載流子即電子被吸引向SiO2層。
在VGG處具有一定量的正電位時，一定量的漏極電流ID流過源極到漏極。當該正電位進一步增加時，電流ID由于來自源極的電子流動而增加，并且由于施加在VGG的電壓而進一步推動這些電流。因此，施加的VGG越正，漏極電流ID的值就越大。由于電子流的增加比耗盡模式更好，電流得到增強。因此，這種模式被稱為增強模式mos管。
1.導通條件：nmos管的導通條件是柵極電壓（Vg）高于源極電壓（Vs），且二者之間的壓差（Vgs)大于閾值電壓（Vgs（th))。即當[Vg-Vs>Vgs（th)]時，nmos管的柵極下方會形成反型層（n型溝道），使得源極和漏極之間導通。
2.導通特性：nmos管在導通后，相當于一個開關閉合，壓降幾乎為0。雖然導通壓降幾乎為O，但會有一個內阻RDSon。此外，GS極之間是一個電容，只有電容充滿電后mos才會導通。一般的mos管DS極之間會自帶一個肖特基二極管，增強mos的性能。
3.截止條件：要讓nmos管截止（斷開），只需取消掉柵極電壓即可。但是要注意，必須想辦法給GS間那個電容放電（并聯一個電阻）。
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