mos器件的工作原理-細說(shuō)MOS管構造 特性及電壓極性和符號規則

什么是MOS管？

mos器件的工作原理是什么？MOS管是什么？MOS管全稱(chēng)金屬—氧化物—半導體場(chǎng)效應晶體管或稱(chēng)金屬—絕緣體—半導體場(chǎng)效應晶體管，英文名metal oxide semiconductor，屬于場(chǎng)效應管中的絕緣柵型，因此，MOS管有時(shí)候又稱(chēng)為絕緣柵場(chǎng)效應管。

mos器件的工作原理

mos器件的工作原理，從上圖一可以看出增強型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，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（沒(méi)有電流流過(guò)），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，圖二所示，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(chǎng)，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓VGS無(wú)法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場(chǎng)，隨著(zhù)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型導電溝道，當VGS大于管子的開(kāi)啟電壓VT（一般約為 2V）時(shí)，N溝道管開(kāi)始導通，形成漏極電流ID，我們把開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，一般用VT表示?？刂茤艠O電壓VGS的大小改變了電場(chǎng)的強弱，就可以達到控制漏極電流ID的大小的目的，這也是MOS管用電場(chǎng)來(lái)控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱(chēng)之為場(chǎng)效應管。

MOS管構造

講了mos器件的工作原理后，現在來(lái)了解一下MOS管的構造。在一塊摻雜濃度較低的P型半導體硅襯底上，用半導體光刻、擴散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導體表面復蓋一層很薄的二氧化硅(Si02)絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構成了一個(gè)N溝道(NPN型)增強型MOS管。顯然它的柵極和其它電極間是絕緣的。圖2所示 A 、B分別是它的結構圖和代表符號。

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導體硅襯底上，用半導體光刻、擴散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區，及上述相同的柵極制作過(guò)程，就制成為一個(gè)P溝道(PNP型)增強型MOS管。下圖所示分別是N溝道和P溝道MOS管道結構圖和代表符號。

圖2

MOS管的特性

上述mos器件的工作原理中可以看出，MOS管的柵極G和源極S之間是絕緣的，由于Sio2絕緣層的存在，在柵極G和源極S之間等效是一個(gè)電容存在，電壓VGS產(chǎn)生電場(chǎng)從而導致源極-漏極電流的產(chǎn)生。此時(shí)的柵極電壓VGS決定了漏極電流的大小，控制柵極電壓VGS的大小就可以控制漏極電流ID的大小。這就可以得出如下結論：

1) MOS管是一個(gè)由改變電壓來(lái)控制電流的器件，所以是電壓器件。

2) MOS管道輸入特性為容性特性，所以輸入阻抗極高。

MOS管的電壓極性和符號規則

上圖是N溝道MOS管的符號，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是P溝道的MOS管。

在實(shí)際MOS管生產(chǎn)的過(guò)程中襯底在出廠(chǎng)前就和源極連接，所以在符號的規則中;表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區別漏極和源極。

P溝道MOS管的符號

MOS管應用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類(lèi)似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負極，柵極G正電壓時(shí)導電溝道建立，N溝道MOS管開(kāi)始工作。

同樣P道的類(lèi)似PNP晶體三極管，漏極D接負極，源極S接正極，柵極G負電壓時(shí)，導電溝道建立，P溝道MOS管開(kāi)始工作。

MOS管和晶體三極管相比的重要特性

1) 場(chǎng)效應管的源極S、柵極G、漏極D分別對應于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。

2) 場(chǎng)效應管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，普通的晶體三極管是電流控制電流器件，由IB控制IC。MOS管道放大系數是(跨導gm)當柵極電壓改變一伏時(shí)能引起漏極電流變化多少安培。晶體三極管是電流放大系數(貝塔β)當基極電流改變一毫安時(shí)能引起集電極電流變化多少。

3) 場(chǎng)效應管柵極和其它電極是絕緣的，不產(chǎn)生電流;而三極管工作時(shí)基極電流IB決定集電極電流IC。因此場(chǎng)效應管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高的多。

4) 場(chǎng)效應管只有多數載流子參與導電;三極管有多數載流子和少數載流子兩種載流子參與導電，因少數載流子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場(chǎng)效應管比三極管的溫度穩定性好。

5) 場(chǎng)效應管在源極未與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大，而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，b 值將減小很多。

6) 場(chǎng)效應管的噪聲系數很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應管。

7) 場(chǎng)效應管和普通晶體三極管均可組成各種放大電路和開(kāi)關(guān)電路，但是場(chǎng)效應管制造工藝簡(jiǎn)單，并且又具有普通晶體三極管不能比擬的優(yōu)秀特性，在各種電路及應用中正逐步的取代普通晶體三極管，目前的大規模和超大規模集成電路中，已經(jīng)廣泛的采用場(chǎng)效應管。

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