解析mos管的四種類(lèi)型-MOS管四種類(lèi)型有什么區別及聯(lián)系-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-06-27
mos管的四種類(lèi)型，與結型場(chǎng)效應管相同，MOS管工作原理動(dòng)畫(huà)示意圖也有N溝道和P溝道兩類(lèi)，但每一類(lèi)又分為增強型和耗盡型兩種，因此MOS管的四種類(lèi)型為：N溝道增強型管、N溝道耗盡型管、P溝道增強型管、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，所以下面一一介紹mos管的四種類(lèi)型。
在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作漏極d和源極s。然后在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個(gè)鋁電極,作為柵極g。襯底上也引出一個(gè)電極B，這就構成了一個(gè)N溝道增強型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數管子在出廠(chǎng)前已連接好)。它的柵極與其它電極間是絕緣的。
圖(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖(c)所示。
（1）vGS對iD及溝道的控制作用
① vGS=0 的情況
從圖1(a)可以看出，增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個(gè)背靠背的PN結。當柵——源電壓vGS=0時(shí)，即使加上漏——源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個(gè)PN結處于反偏狀態(tài)，漏——源極間沒(méi)有導電溝道，所以這時(shí)漏極電流iD≈0。
② vGS>0 的情況
若vGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。電場(chǎng)方向垂直于半導體表面的由柵極指向襯底的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)能排斥空穴而吸引電子。
排斥空穴：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動(dòng)的受主離子(負離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。
（2）導電溝道的形成：
當vGS數值較小，吸引電子的能力不強時(shí)，漏——源極之間仍無(wú)導電溝道出現，如圖1(b)所示。vGS增加時(shí)，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當vGS達到某一數值時(shí)，這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個(gè)N型薄層，且與兩個(gè)N+區相連通，在漏——源極間形成N型導電溝道，其導電類(lèi)型與P襯底相反，故又稱(chēng)為反型層，如圖1(c)所示。
vGS越大，作用于半導體表面的電場(chǎng)就越強，吸引到P襯底表面的電子就越多，導電溝道越厚，溝道電阻越小。開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵——源極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，用VT表示。
上面討論的N溝道MOS管在vGS＜VT時(shí)，不能形成導電溝道，管子處于截止狀態(tài)。只有當vGS≥VT時(shí)，才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時(shí)才能形成導電溝道的MOS管稱(chēng)為增強型MOS管。溝道形成以后，在漏——源極間加上正向電壓vDS，就有漏極電流產(chǎn)生。
vDS對iD的影響
如圖(a)所示，當vGS>VT且為一確定值時(shí)，漏——源電壓vDS對導電溝道及電流iD的影響與結型場(chǎng)效應管相似。
漏極電流iD沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為VGD=vGS－vDS，因而這里溝道最薄。但當vDS較?。╲DS
隨著(zhù)vDS的增大，靠近漏極的溝道越來(lái)越薄，當vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)時(shí)，溝道在漏極一端出現預夾斷，如圖2(b)所示。再繼續增大vDS，夾斷點(diǎn)將向源極方向移動(dòng)，如圖2(c)所示。由于vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區，故iD幾乎不隨vDS增大而增加，管子進(jìn)入飽和區，iD幾乎僅由vGS決定。
（1）結構：
N溝道耗盡型MOS管與N溝道增強型MOS管基本相似。
（2）區別：
耗盡型MOS管在vGS=0時(shí)，漏——源極間已有導電溝道產(chǎn)生，而增強型MOS管要在vGS≥VT時(shí)才出現導電溝道。
（3）原因：
制造N溝道耗盡型MOS管時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+(制造P溝道耗盡型MOS管時(shí)摻入負離子)，如圖1(a)所示，因此即使vGS=0時(shí)，在這些正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，漏——源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道(稱(chēng)為初始溝道)，只要加上正向電壓vDS，就有電流iD。
如果加上正的vGS，柵極與N溝道間的電場(chǎng)將在溝道中吸引來(lái)更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小，iD增大。反之vGS為負時(shí)，溝道中感應的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，iD減小。當vGS負向增加到某一數值時(shí)，導電溝道消失，iD趨于零，管子截止，故稱(chēng)為耗盡型。溝道消失時(shí)的柵－源電壓稱(chēng)為夾斷電壓，仍用VP表示。與N溝道結型場(chǎng)效應管相同，N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP也為負值，但是，前者只能在vGS<0的情況下工作。而后者在vGS=0，vGS>0。
（一）P溝道增強型mosfet的結構和工作原理
如圖(1)是P溝道增強型mosfet的結構示意圖．通過(guò)光刻、擴散的方法或其他手段，在N型襯底(基片)上制作出兩個(gè)摻雜的P區，分別引出電極，稱(chēng)為源極(s)和漏極(D)，同時(shí)在漏極與源極之間的Si02絕緣層上制作金屬，稱(chēng)為柵極(G)，柵極與其他電極是絕緣的，所以稱(chēng)為絕緣柵場(chǎng)效應管 。圖(2)為P溝道增強型MOS管的電路符號。
正常工作時(shí)，P溝道增強型mosfet的襯底必須與源極相連，而漏心極對源極的電壓v璐應為負值，以保證兩個(gè)P區與襯底之間的PN結均為反偏，同時(shí)為了在襯底頂表面附近形成導電溝道。柵極對源極的電壓‰也應為負．
1．導電溝道的形成(VDS=0)
當VDS=0時(shí)，在柵源之間加負電壓比，如圖(3)所示，由于絕緣層的存在，故沒(méi)有電流，但是金屬柵極被補充電而聚集負電荷，N型半導體中的多子電子被負電荷排斥向體內運動(dòng)，表面留下帶正電的離子，形成耗盡層，隨著(zhù)G、S間負電壓的增加，耗盡層加寬，當v＆增大到一定值時(shí)，襯底中的空穴(少子)被柵極中的負電荷吸引到表面，在耗盡層和絕緣層之間形成一個(gè)P型薄層，稱(chēng)反型層。
如下圖(4)所示，這個(gè)反型層就構成漏源之間的導電溝道，這時(shí)的VGs稱(chēng)為開(kāi)啟電壓VGS(th)，啵到vGS(th)后再增加，襯底表面感應的空穴越多，反型層加寬，而耗盡層的寬度卻不再變化，這樣我們可以用vGs的大小控制導電溝道的寬度。
2．VDS≠O的情況
導電溝道形成以后，D，S間加負向電壓時(shí)，那么在源極與漏極之間將有漏極電流ID流通，而且ID隨/VDS/而增.ID沿溝道產(chǎn)生的壓降使溝道上各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，該電壓削弱了柵極中負電荷電場(chǎng)的作用，使溝道從漏極到源極逐漸變窄，如圖(5)所示．當VDS增大到使VGD=VGS(即VDS=VGS一VGS(TH))，溝道在漏極附近出現預夾斷。
如圖(6)所示．再繼續增大VDS，夾斷區只是稍有加長(cháng)，而溝道電流基本上保持預夾斷時(shí)的數值，其原因是當出現預夾斷時(shí)再繼續增大VDS，VDS的多余部分就全部加在漏極附近的夾斷區上,故形成的漏極電流ID近似與VDS無(wú)關(guān)。
（二）P溝道增強型mosfet的特性曲線(xiàn)和轉移特性曲線(xiàn)
圖(7)、(8)分別是P溝道增強型M06管的漏極特性曲線(xiàn)和轉移特性曲線(xiàn)．漏極特性曲線(xiàn)也可分為可變電阻區、恒流區和夾斷區三部分．轉移特性曲線(xiàn)是、，璐使管子工作在漏極特性曲線(xiàn)的恒流區時(shí)所對應的ID=F（VGS）曲線(xiàn)：
ID與VGS的近似關(guān)系式為：
P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過(guò)導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。
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