MOS管是什么?详解MOS管工作原理

时间:2021-01-19 15:17:08 来源: 华强电子网


1.MOS管工作原理--MOS管简介

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,确切的说,这个名字描述了集成电路中MOS管的结构,即: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。

2. MOS管工作原理--Mos管的结构特点

MOS管的内部结构如下图所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。

Mos管的结构特点.jpg

其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻,该管导通时在两个高浓度n扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压,且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压(栅源电压为零)时,就有导电沟道产生的n沟道MOS管。

3. MOS管工作原理--MOS管的特性

3.1MOS管的输入、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。

MOS管的特性.jpg

当VGS

MOS管的特性

3.2MOS管的导通特性

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uGS决定其工作状态。下面以NMOS管为例介绍其特性。

MOS管的特性.png

图 (a)为由NMOS增强型管构成的开关电路。

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。

4.MOS管工作原理

MOS管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)它是利用VGS来控制“感应电荷”的多少,以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况,然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时,通过工艺使绝缘层中出现大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时,沟道内被感应的电荷量也改变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

MOS管工作原理.jpg

MOS管的分类

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;P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。

MOS管分类.jpg

MOS管应用

MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。而且由MOS管构成的CMOS传感器为相机提供了越来越高的画质,成就了更多的“摄影家”。

关键词:MOS管

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