关于MOS管的工作状态

如何判断mos管工作状态

MOS管的工作状态一共有两种：增强型和耗尽型两类又有N沟道和P沟道之分。

MOS管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，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。

如何判断mos管工作状态-N沟道增强型MOS场效应管

1. VGS对ID及沟道的控制作用

① VGS=0 的情况

从图1(a)可以看出，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，而且不论VDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏——源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID≈0。

② VGS>0 的情况

若VGS>0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。

排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层。吸引电子：将 P型衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。

2. 导电沟道的形成：

当VGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏——源极之间仍无导电沟道出现，如图1(b)所示。VGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当VGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏——源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。VGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。

开始形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压，用VT表示。

上面讨论的N沟道MOS管在VGS

VDS对ID的影响

如图(a)所示，当VGS>VT且为一确定值时，漏——源电压VDS对导电沟道及电流ID的影响与结型场效应管相似。

漏极电流ID沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为VGD=VGS-VDS，因而这里沟道最薄。但当VDS较小(VDS)

随着VDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VT(或VDS=VGS-VT)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如图2(b)所示。再继续增大VDS，夹断点将向源极方向移动，如图2(c)所示。由于VDS的增加部分几乎全部降落在夹断区，故ID几乎不随VDS增大而增加，管子进入饱和区，ID几乎仅由VGS决定。

如何判断mos管工作状态-N沟道增强型MOS场效应管

(1)结构：N沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管基本相似。

(2)区别：耗尽型MOS管在VGS=0时，漏——源极间已有导电沟道产生，而增强型MOS管要在VGS≥VT时才出现导电沟道。

(3)原因：制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使VGS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏——源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压VDS，就有电流ID。

如果加上正的VGS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，ID增大。反之VGS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小。当VGS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，ID趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压，仍用VP表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP也为负值，但是，前者只能在VGS<0的情况下工作。而后者在VGS=0，VGS>0。

N沟道增强型MOS管MOS管曲线和电流方程

输出特性曲线

N沟道增强型MOS管的输出特性曲线如图1(a)所示。与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。转移特性曲线

转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时iD几乎不随vDS而变化,即不同的vDS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用VDS大于某一数值(VDS>VGS-VT)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.?ID与VGS的近似关系。

与结型场效应管相类似。在饱和区内,ID与VGS的近似关系式为:

P沟道耗尽型MOS管

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

审核编辑：汤梓红