MOS管結構原理圖解分析,就是這么簡(jiǎn)單-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2020-11-11
MOS管又稱(chēng)場(chǎng)效應管,即在集成電路中絕緣性場(chǎng)效應管。MOS英文全稱(chēng)為Metal-Oxide-Semiconductor即金屬-氧化物-半導體,確切的說(shuō),這個(gè)名字描述了集成電路中MOS管的結構,即:在一定結構的半導體器件上,加上二氧化硅和金屬,形成柵極。
MOS管的source和drain是可以對調的,都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,兩個(gè)區是一樣的,即使兩端對調也不會(huì )影響器件的性能,這樣的器件被認為是對稱(chēng)的。
雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后,在輸出端輸出一個(gè)大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比(beta)。另一種晶體管,叫做場(chǎng)效應管(FET),把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。
FET的增益等于它的transconductance, 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道,詳情參考右側圖片(N溝道耗盡型MOS管)。而P溝道常見(jiàn)的為低壓mos管。
場(chǎng)效應管通過(guò)投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)這個(gè)絕緣體,所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來(lái)作為GATE極下的絕緣體。
這種晶體管稱(chēng)為金屬氧化物半導體(MOS)晶體管,或,金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管(MOSFET)。因為MOS管更小更省電,所以他們已經(jīng)在很多應用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。
MOS管的內部結構如下圖所示;其導通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導電,是單極型晶體管。導電機理與小功率MOS管相同,但結構上有較大區別,小功率MOS管是橫向導電器件,功率MOSFET大都采用垂直導電結構,又稱(chēng)為VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。
其主要特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層,因此具有很高的輸入電阻,該管導通時(shí)在兩個(gè)高濃度n擴散區間形成n型導電溝道。
n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓,且只有柵源電壓大于閾值電壓時(shí)才有導電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓(柵源電壓為零)時(shí),就有導電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。
1、結構和符號(以N溝道增強型為例)
在一塊濃度較低的P型硅上擴散兩個(gè)濃度較高的N型區作為漏極和源極,半導體表面覆蓋二氧化硅絕緣層并引出一個(gè)電極作為柵極。
2、工作原理
MOS管的工作原理(以N溝道增強型MOS場(chǎng)效應管)它是利用VGS來(lái)控制“感應電荷”的多少,以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況,然后達到控制漏極電流的目的。
在制造管子時(shí),通過(guò)工藝使絕緣層中出現大量正離子,故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷,這些負電荷把高滲雜質(zhì)的N區接通,形成了導電溝道,即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。
當柵極電壓改變時(shí),溝道內被感應的電荷量也改變,導電溝道的寬窄也隨之而變,因而漏極電流ID隨著(zhù)柵極電壓的變化而變化。
(以N溝道增強型為例)
(1)VGS=0時(shí),不管VDS極性如何,其中總有一個(gè)PN結反偏,所以不存在導電溝道。
VGS=0,ID=0
VGS必須大于0
管子才能工作。
(2)VGS≥0時(shí),在Sio2介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導體表面的電場(chǎng),排斥P區多子空穴而吸引少子電子。當VGS達到一定值時(shí)P區表面將形成反型層把兩側的N區溝通,形成導電溝道。
VGS≥0→g吸引電子→反型層→導電溝道
VGS↑→反型層變厚→VDS↑→ID↑
(3)VGS≥VT時(shí)而VDS較小時(shí):VDS↑→ID↑
T:開(kāi)啟電壓,在VDS作用下開(kāi)始導電時(shí)的VGS°;VT=VGS—VDS
(4)VGS》0且VDS增大到一定值后,靠近漏極的溝道被夾斷,形成夾斷區。VDS↑→ID不變
1.可應用于放大。由于場(chǎng)效應管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。
2.很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。
3.可以用作可變電阻。
4.可以方便地用作恒流源。
5.可以用作電子開(kāi)關(guān)。
6.在電路設計上的靈活性大。柵偏壓可正可負可零,三極管只能在正向偏置下工作,電子管只能在負偏壓下工作。另外輸入阻抗高,可以減輕信號源負載,易于跟前級匹配。
1.工業(yè)領(lǐng)域、步進(jìn)馬達驅動(dòng)、電鉆工具、工業(yè)開(kāi)關(guān)電源
2.新能源領(lǐng)域、光伏逆變、充電樁、無(wú)人機
3.交通運輸領(lǐng)域、車(chē)載逆變器、汽車(chē)HID安定器、電動(dòng)自行車(chē)
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