MOS管场效应管的工作原理！

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场效应管MOS管

工作原理

MOS管又称场效应管，即在集成电路中绝缘性场效应管。MOS

英文全称为Metal-Oxide-Semiconductor，即金属-氧化

物-半导体，表示为：在一定结构的半导体器件上，加上二氧化

硅和金属，形成栅极。MOS管的source和drain是可以对调的，

都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，两个区是

一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能,这样的器件被认为

是对称的。

MOS管的结构

在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作为漏极D和源极S。然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(Si02)绝缘层膜，在再这个绝缘层膜上加上金属和一个铝电极，作为栅极G。这就构成了一个N沟道(NPN型)增强型MOS管。显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。

同样用上述相同的方法，在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区，及上述相同的栅极制作过程，就制成为一个P沟道(PNP型)增强型MOS管。下图分别是N沟道和P沟道MOS管道结构图和代表符号。

MOS管工作原理

增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。当栅-源电压VGS=0时，即使加上漏-源电压VDS，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道(没有电流流过)，所以这时漏极电流ID=0。

  此时若在栅-源极间加上正向电压，即VGS>0，则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个栅极指向P型硅衬底的电场，由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压VGS无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容，VGS等效是对这个电容充电，并形成一个电场，随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的N型导电沟道，当VGS大于管子的开启电压VT(一般约为 2V)时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID，我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，一般用VT表示。

总结：控制栅极电压VGS的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流ID大小的目的，这也是MOS管用电场来控制电流的一个重要特点，所以也称之为场效应管。

MOS管的类别

按沟道材料型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种;按导电方式：MOS管又分耗尽型与增强型，所以MOS场效应晶体管分为N沟耗尽型和增强型沟耗尽型和增强型四大类：N沟道消耗型、N沟道增强型、P沟道消耗型、 P沟道增强型。四种MOS管的结构分别如下图。

MOS管的特性

1. 输入、输出特性
  对于共源极接法的电路，源极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为0，其输出特性和转移特性曲线如下。


2.导通特性
  MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压VGS决定其工作状态。下面以NMOS管为例介绍其特性。

      NMOS的特性，VGS大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

  PMOS的特性，VGS小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。.