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  • 1 # 老張哥的生活記錄

    mos管有三個電極,即柵極、源極、控制極,這裡他的工作過程就不說了。你問的是它為什麼能導通。這就涉及到他的製作結構及半導體的導電特性;下面是講它的結構,也許能幫到你。

      N溝MOS電晶體概述

      金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-SemIConductor)結構的電晶體簡稱MOS電晶體,有P型MOS管和N型MOS管之分。MOS管構成的積體電路稱為MOS積體電路,而PMOS管和NMOS管共同構成的互補型MOS積體電路即為CMOS積體電路。

      由p型襯底和兩個高濃度n擴散區構成的MOS管叫作n溝道MOS管,該管導通時在兩個高濃度n擴散區間形成n型導電溝道。n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓,且只有柵源電壓大於閾值電壓時才有導電溝道產生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓(柵源電壓為零)時,就有導電溝道產生的n溝道MOS管。

      NMOS積體電路是N溝道MOS電路,NMOS積體電路的輸入阻抗很高,基本上不需要吸收電流,因此,CMOS與NMOS積體電路連線時不必考慮電流的負載問題。NMOS積體電路大多采用單組正電源供電,並且以5V為多。CMOS積體電路只要選用與NMOS積體電路相同的電源,就可與NMOS積體電路直接連線。不過,從NMOS到CMOS直接連線時,由於NMOS輸出的高電平低於CMOS積體電路的輸入高電平,因而需要使用一個(電位)上拉電阻R,R的取值一般選用2~100KΩ。

      N溝道增強型MOS管的結構

      在一塊摻雜濃度較低的P型矽襯底上,製作兩個高摻雜濃度的N+區,並用金屬鋁引出兩個電極,分別作漏極d和源極s。

      然後在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化矽(SiO2)絕緣層,在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極,作為柵極g。

      在襯底上也引出一個電極B,這就構成了一個N溝道增強型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數管子在出廠前已連線好)。

      它的柵極與其它電極間是絕緣的。

      圖(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反,如圖(c)所示。

     1)輸出特性曲線

      N溝道加強型MOS管的輸出特性曲線如圖1(a)所示。與結型場效電晶體一樣,其輸出特性曲線也可分為可變電阻區、飽和區、截止區和擊穿區幾局部。

      2)轉移特性曲線

      轉移特性曲線如圖1(b)所示,由於場效電晶體作放大器件運用時是工作在飽和區(恆流區),此時iD簡直不隨vDS而變化,即不同的vDS所對應的轉移特性曲線簡直是重合的,所以可用vDS大於某一數值(vDS>vGS-VT)後的一條轉移特性曲線替代飽和區的一切轉移特性曲線。

      3)iD與vGS的近似關係

      與結型場效電晶體相相似。在飽和區內,iD與vGS的近似關係式為

      式中IDO是vGS=2VT時的漏極電流iD。

      N溝道增強型MOS管的工作原理

      1.vGS對iD及溝道的控制作用

      MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數管子在出廠前已連線好)。從圖1(a)可以看出,增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的PN接面。當柵-源電壓vGS=0時,即使加上漏-源電壓vDS,而且不論vDS的極性如何,總有一個PN接面處於反偏狀態,漏-源極間沒有導電溝道,所以這時漏極電流iD≈0。

      若在柵-源極間加上正向電壓,即vGS>0,則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產生一個垂直於半導體表面的由柵極指向襯底的電場,這個電場能排斥空穴而吸引電子,因而使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥,剩下不能移動的受主離子(負離子),形成耗盡層,同時P襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表面。當vGS數值較小,吸引電子的能力不強時,漏-源極之間仍無導電溝道出現,如圖1(b)所示。vGS增加時,吸引到P襯底表面層的電子就增多,當vGS達到某一數值時,這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個N型薄層,且與兩個N+區相連通,在漏-源極間形成N型導電溝道,其導電型別與P襯底相反,故又稱為反型層,如圖1(c)所示。vGS越大,作用於半導體表面的電場就越強,吸引到P襯底表面的電子就越多,導電溝道越厚,溝道電阻越小。我們把開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓,用VT表示。

      由上述分析可知,N溝道增強型MOS管在vGS<VT時,不能形成導電溝道,管子處於截止狀態。只有當vGS≥VT時,才有溝道形成,此時在漏-源極間加上正向電壓vDS,才有漏極電流產生。而且vGS增大時,溝道變厚,溝道電阻減小,iD增大。這種必須在vGS≥VT時才能形成導電溝道的MOS管稱為增強型MOS管。

      2.vDS對iD的影響

      如圖2(a)所示,當vGS》VT且為一確定值時,漏-源電壓vDS對導電溝道及電流iD的影響與結型場效電晶體相似。漏極電流iD沿溝道產生的電壓降使溝道內各點與柵極間的電壓不再相等,靠近源極一端的電壓最大,這裡溝道最厚,而漏極一端電壓最小,其值為vGD=vGS - vDS,因而這裡溝道最薄。但當vDS較小(vDS《vGS–VT)時,它對溝道的影響不大,這時只要vGS一定,溝道電阻幾乎也是一定的,所以iD隨vDS近似呈線性變化。

      隨著vDS的增大,靠近漏極的溝道越來越薄,當vDS增加到使vGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)時,溝道在漏極一端出現預夾斷,如圖2(b)所示。再繼續增大vDS,夾斷點將向源極方向移動,如圖2(c)所示。由於vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區,故iD幾乎不隨vDS增大而增加,管子進入飽和區,iD幾乎僅由vGS決定。

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