MOS管的概念、結(jié)構(gòu)及原理

1、什么是MOS管

MOS管也就是常說的MOSFET。 MOSFET全稱是：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor即，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 MOS可以分為兩種：耗盡型和增強(qiáng)型。

1）耗盡型： Vgs電壓為0的時(shí)候，導(dǎo)電溝道已經(jīng)存在，在漏極和源極之間有電壓就會(huì)有電流流過，當(dāng)增加Vgs時(shí)導(dǎo)通能力增強(qiáng)，當(dāng)Vgs小于0時(shí)導(dǎo)電能力減弱，繼續(xù)減小逐漸截止，這種MOS管目前用的不是很多。

2）增強(qiáng)型： Vgs=0時(shí)，MOS管截止，Vgs逐漸增大，達(dá)到一定值后MOS管開始導(dǎo)通，繼續(xù)增大導(dǎo)通能力增強(qiáng)。 目前市面上基本都是使用這種增強(qiáng)型MOS管。

下面以增強(qiáng)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)管為例，介紹場(chǎng)效應(yīng)管原理。

2、MOS管結(jié)構(gòu)

如下所示，在P型半導(dǎo)體中嵌入兩個(gè)N型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體使用引線引出，這兩個(gè)就是源極和漏極，和襯底相連的是源極，另外一個(gè)是漏極。 然后覆蓋一層二氧化硅絕緣層，絕緣層上覆蓋金屬板，金屬板使用引線引出，這就是柵極。 柵極被絕緣層隔離，因此MOS管的柵極電流很小，輸入阻抗很大。

P型半導(dǎo)體富含空穴，N型半導(dǎo)體富含電子，兩種半導(dǎo)體在接觸面上形成空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)），如下圖棕色區(qū)域。

從下圖可以看出，襯底和源極相連后，源極和漏極之間形成一個(gè)PN結(jié)，這就是MOS內(nèi)部的體二極管。

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3、MOS管溝道形成

當(dāng)我們給柵極和源極之間施加電壓時(shí)，因?yàn)樵礃O和襯底相連，所以柵極和襯底之間電壓就是Vgs，因此在絕緣層上下形成電場(chǎng)，柵極吸引襯底（P型半導(dǎo)體）內(nèi)部的電子向上移動(dòng)，聚集在絕緣層的下方，形成導(dǎo)電溝道，當(dāng)增大Vgs電壓時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，聚集在絕緣層下方的電子增多，導(dǎo)電溝道加深，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。

4、漏源電流形成

源極和漏極之間形成導(dǎo)電溝道之后，在漏極和源極之間施加電壓Vds，溝道中的電子開始流動(dòng)形成電流。 當(dāng)我們維持Vgs不變，逐漸增加漏極電壓，也就是Vds，漏極電流逐漸增大，呈線性關(guān)系。

注意看下圖中的溝道左深右淺，這是由于漏極電壓的緣故削弱了柵極電場(chǎng)，可以這么理解，本來電子被柵極吸引建立柵極電場(chǎng)，但是溝道右側(cè)部分電子被漏極正電壓吸走，削弱了柵極右側(cè)電場(chǎng)，右側(cè)溝道變淺。 隨著漏極電壓升高，漏極的空間電荷區(qū)變大，進(jìn)步一衰減了柵極電場(chǎng)，右側(cè)溝道溝道進(jìn)一步變淺。

以下是2N7002P的特性曲線，以Vgs=3.5V為例，此時(shí)MOS管處于紅色區(qū)間內(nèi)，漏極電流隨Vds增大而增大。

5、預(yù)夾斷

柵極電壓不變，繼續(xù)增大漏極電壓，空間電荷區(qū)進(jìn)一步增大，漏極電壓不斷地削弱右側(cè)溝道，當(dāng)右側(cè)溝道剛好“消失”時(shí)，出現(xiàn)預(yù)夾斷，如下圖中黑色夾斷點(diǎn)。

以下是2N7002P的特性曲線，以Vgs=3.5V為例，此時(shí)MOS管處于紅色區(qū)間內(nèi)，漏極電流出現(xiàn)拐點(diǎn)，MOS即將走向飽和。

6、夾斷

柵極電壓不變，繼續(xù)增加漏極電壓，夾斷點(diǎn)繼續(xù)左移，空間電荷區(qū)進(jìn)一步增大，此時(shí)漏極電流不再隨漏極電壓升高而升高，MOS飽和了。

注意，出現(xiàn)夾斷并不是沒有電流了，電子也能夠越過夾斷點(diǎn)進(jìn)入空間電荷區(qū)，被空間電荷區(qū)的電場(chǎng)加速，最后被漏極吸收。

以下是2N7002P的特性曲線，以Vgs=3.5V為例，此時(shí)MOS管處于紅色區(qū)間內(nèi)，漏極電流不再隨Vds增大而增大，MOS管飽和了。