mos管的工作原理淺顯易懂,圖文分享-KIA MOS管

mos管結(jié)構(gòu)原理

在一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅（SiO2)絕緣層膜，在這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G；就構(gòu)成了一個(gè)N溝道（NPN型）增強(qiáng)型MOS管。顯然它的柵極和其它電極間是絕緣的。

如圖所示，A、B分別是它的結(jié)構(gòu)圖和代表符號(hào)。同樣用上述方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)，及上述相同的柵極制作過程，就制成為一個(gè)P溝道（PNP型）增強(qiáng)型MOS管。下圖所示分別是N溝道和P溝道MOS管道結(jié)構(gòu)圖和代表符號(hào)。

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(dǎo)體表面。只需分別施加正柵極電壓或負(fù)柵極電壓，即可將其從 p 型反轉(zhuǎn)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(gè)開關(guān)，設(shè)備的功能基于 MOS 電容。MOS電容是MOS管的的主要部分。

當(dāng)漏源電壓（VDS）連接在漏極和源極之間時(shí)，正電壓施加到漏極，負(fù)電壓施加到源極。在這里，漏極的 PN 結(jié)是反向偏置的，而源極的 PN 結(jié)是正向偏置的。在這個(gè)階段，漏極和源極之間不會(huì)有任何電流流動(dòng)。

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(shù)電荷載流子（電子）將開始積聚在柵極觸點(diǎn)上，從而在兩個(gè) n+ 區(qū)域之間形成導(dǎo)電橋。

在柵極接觸處積累的自由電子的數(shù)量取決于施加的正電壓的強(qiáng)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(huì)增加電導(dǎo)率，并且漏極電流 (ID ) 將開始在源極和漏極之間流動(dòng)。

當(dāng)沒有電壓施加到柵極端子時(shí)，除了由于少數(shù)電荷載流子而產(chǎn)生的少量電流外，不會(huì)有任何電流流動(dòng)。mos管開始導(dǎo)通的最小電壓稱為閾值電壓。

MOS管有N溝道和P溝道兩類，但每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種，因此MOS管的四種類型為：N溝道增強(qiáng)型管、N溝道耗盡型管、P溝道增強(qiáng)型管、P溝道耗盡型管。凡柵極-源極電壓UGS為零時(shí)漏極電流也為零的管子均屬于增強(qiáng)型管，凡柵極-源極電壓UGS為零時(shí)漏極電流不為零的管子均屬于耗盡型管。

根據(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET分增強(qiáng)型、耗盡型。所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=O時(shí)管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。

工作原理詳解：

增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵-源電壓VGS=O時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒有導(dǎo)電溝道（沒有電流流過），所以這時(shí)漏極電流ID=0。

此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，即VGS>0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓VGS無法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對(duì)這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VT（一般約為2V)時(shí)，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱為開啟電壓，一般用VT表示。

控制柵極電壓VGS的大小改變了電場的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流ID的大小的目的，這也是MOS管用電場來控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱之為場效應(yīng)管。

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