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2022-02-16 22:07:05
MOS管工作原理，就是這么簡單
2022-02-16 22:07:05 來源: 電子產(chǎn)品世界
1. MOS管工作原理--MOS管簡介
MOS管，即在集成電路中絕緣性場(chǎng)效應(yīng)管。MOS英文全稱為Metal-Oxide-Semiconductor即金屬-氧化物-半導(dǎo)體，確切的說，這個(gè)名字描述了集成電路中MOS管的結(jié)構(gòu)，即：在一定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)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(duì)調(diào)的，都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能,這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。
2. MOS管工作原理--Mos管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
MOS管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示;其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷β蔒OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，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(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(dǎo)通時(shí)在兩個(gè)高濃度n擴(kuò)散區(qū)間形成n型導(dǎo)電溝道。n溝道增強(qiáng)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(dǎo)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?xùn)艍?柵源電壓為零)時(shí)，就有導(dǎo)電溝道產(chǎn)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(duì)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。
圖(a)為共源極接法的電路，輸出特性曲線如右圖所示。
當(dāng)VGS
3.2MOS管的導(dǎo)通特性
MOS管作為開關(guān)元件，同樣是工作在截止或?qū)▋煞N狀態(tài)。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(tài)。下面以NMOS管為例介紹其特性。
圖 (a)為由NMOS增強(qiáng)型管構(gòu)成的開關(guān)電路。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng))，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)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(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)它是利用VGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí)，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)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(shí)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(dǎo)電方式：MOS管又分耗盡型與增強(qiáng)型，所以MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型;P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。
MOS管應(yīng)用
MOS管最顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。而且由MOS管構(gòu)成的CMOS傳感器為相機(jī)提供了越來越高的畫質(zhì)，成就了更多的“攝影家”。
MOS管工作原理—參考資料
1、MOS管的開關(guān)損耗-反激式分析
描述：利用反激式分析MOS管的開關(guān)損耗
2、MOSFET的工作原理
描述：功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理
3、MOS、三極管用作開關(guān)時(shí)的區(qū)別聯(lián)系
描述：MOS管、三極管用作開關(guān)時(shí)的區(qū)別聯(lián)系
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