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MOS管的工作原理,不做到这五点就不能叫MOS管?

2017年05月09日 16:22 网络整理 作者: 用户评论(0

  增强型:VGS=0时,漏源之间没有导电沟道,在VDS作用下无iD;耗尽型:VGS=0时,漏源之间有导电沟道,在VDS作用下iD。

  1、结构和符号(以N沟道增强型为例)

  在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极,半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  其他MOS管符号

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  2、工作原理(以N沟道增强型为例)




在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。  

(1) VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有一个PN结反偏,所以不存在导电沟道。

  VGS =0, ID =0

  VGS必须大于0

  管子才能工作。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  (2) VGS》0时,在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场,排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N区沟通,形成导电沟道。

  VGS 》0→g吸引电子→反型层→导电沟道

  VGS↑→反型层变厚→ VDS ↑→ID↑

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  (3) VGS≥VT时而VDS较小时:

  VDS↑→ID ↑

  VT:开启电压,在VDS作

  用下开始导电时的VGS°

  VT = VGS —VDS

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  (4) VGS》0且VDS增大到一定值后,靠近漏极的沟道被夹断,形成夹断区。

  VDS↑→ID 不变

  3、特性曲线(以N沟道增强型为例)



在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

    场效应管的转移特性曲线动画

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  4、其它类型MOS管

  (1)N沟道耗尽型:制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子,所以即使在VGS=0时,由于正离子的作用,两个N区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  (2)P沟道增强型:VGS = 0时,ID = 0开启电压小于零,所以只有当VGS 《 0时管子才能工作。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  (3)P沟道耗尽型:制造时在栅极绝缘层中掺有大量的负离子,所以即使在VGS=0 时,由于负离子的作用,两个P区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  5、场效应管的主要参数

  (1) 开启电压VT :在VDS为一固定数值时,能产生ID所需要的最小 |VGS | 值。(增强)

  (2) 夹断电压VP :在VDS为一固定数值时,使 ID对应一微小电流时的 |VGS | 值。(耗尽)

  (3) 饱和漏极电流IDSS :在VGS = 0时,管子发生预夹断时的漏极电流。(耗尽)

  (4) 极间电容 :漏源电容CDS约为 0.1~1pF,栅源电容CGS和栅漏极电容CGD约为1~3pF。

  (5) 低频跨导 gm :表示VGS对iD的控制作用。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  (6) 最大漏极电流 IDM

  (7) 最大漏极耗散功率 PDM

  (8) 漏源击穿电压 V(BR)DS 栅源击穿电压 V(BR)GS

  什么是MOS管,MOS管的特性:

  1. MOS管工作原理--MOS管简介

  MOS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。

  在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  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。

  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。

  当VGS

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  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。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  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。

  知识延伸

  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。

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

  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”

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( 发表人:易水寒 )

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