增強型:VGS=0時,漏源之間沒有導電溝道,在VDS作用下無iD;耗盡型:VGS=0時,漏源之間有導電溝道,在VDS作用下iD。
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電極作為柵極。
其他MOS管符號
2、工作原理(以N溝道增強型為例)
(1) VGS=0時,不管VDS極性如何,其中總有一個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,在Sio2介質中產生一個垂直于半導體表面的電場,排斥P區多子空穴而吸引少子電子。當VGS達到一定值時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時而VDS較小時:
VDS↑→ID ↑
VT:開啟電壓,在VDS作
用下開始導電時的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
3、特性曲線(以N溝道增強型為例)
??場效應管的轉移特性曲線動畫
4、其它類型MOS管
(1)N溝道耗盡型:制造時在柵極絕緣層中摻有大量的正離子,所以即使在VGS=0時,由于正離子的作用,兩個N區之間存在導電溝道(類似結型場效應管)。
(2)P溝道增強型:VGS = 0時,ID = 0開啟電壓小于零,所以只有當VGS 《 0時管子才能工作。
(3)P溝道耗盡型:制造時在柵極絕緣層中摻有大量的負離子,所以即使在VGS=0 時,由于負離子的作用,兩個P區之間存在導電溝道(類似結型場效應管)。
5、場效應管的主要參數
(1) 開啟電壓VT :在VDS為一固定數值時,能產生ID所需要的最小 |VGS | 值。(增強)
(2) 夾斷電壓VP :在VDS為一固定數值時,使 ID對應一微小電流時的 |VGS | 值。(耗盡)
(3) 飽和漏極電流IDSS :在VGS = 0時,管子發生預夾斷時的漏極電流。(耗盡)
(4) 極間電容 :漏源電容CDS約為 0.1~1pF,柵源電容CGS和柵漏極電容CGD約為1~3pF。
(5) 低頻跨導 gm :表示VGS對iD的控制作用。
在轉移特性曲線上,gm 是曲線在某點上的斜率,也可由iD的表達式求導得出,單位為 S 或 mS。
(6) 最大漏極電流 IDM
(7) 最大漏極耗散功率 PDM
(8) 漏源擊穿電壓 V(BR)DS 柵源擊穿電壓 V(BR)GS
什么是MOS管,MOS管的特性:
1. MOS管工作原理--MOS管簡介
MOS管,即在集成電路中絕緣性場效應管。MOS英文全稱為Metal-Oxide-Semiconductor即金屬-氧化物-半導體,確切的說,這個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,兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能,這樣的器件被認為是對稱的。
2. MOS管工作原理--Mos管的結構特點
MOS管的內部結構如下圖所示;其導通時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,又稱為VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。
其主要特點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,該管導通時在兩個高濃度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才有導電溝道產生的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,就有導電溝道產生的n溝道MOS管。
3. MOS管工作原理--MOS管的特性
3.1MOS管的輸入、輸出特性
對于共源極接法的電路,源極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離,所以柵極電流為0。
當VGS
3.2MOS管的導通特性
MOS管作為開關元件,同樣是工作在截止或導通兩種狀態。由于MOS管是電壓控制元件,所以主要由柵源電壓uGS決定其工作狀態。下面以NMOS管為例介紹其特性。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。
4. MOS管工作原理
MOS管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應管)它是利用VGS來控制“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,通過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的N區接通,形成了導電溝道,即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時,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隨著柵極電壓的變化而變化。
知識延伸
MOS管的分類
按溝道材料型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種;按導電方式:MOS管又分耗盡型與增強型,所以MOS場效應晶體管分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。
MOS管應用
MOS管最顯著的特性是開關特性好,所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中,常見的如開關電源和馬達驅動,也有照明調光。而且由MOS管構成的CMOS傳感器為相機提供了越來越高的畫質,成就了更多的“攝影家”