絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的種類較多,有PMOS、NMOS和VMOS功率管等,但目前應(yīng)用最多的是MOS管。MOS絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管也即金屬一氧化物一半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管,通常用MOS表示,簡(jiǎn)稱作MOS管。它具有比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管更高的輸入阻抗(可達(dá)1012Ω以上),并且制造工藝比較簡(jiǎn)單,使用靈活方便,非常有利于高度集成化。
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理
絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電機(jī)理是,利用UGS 控制“感應(yīng)電荷”的多少來改變導(dǎo)電溝道的寬窄,從而控制漏極電流ID。若UGS=0時(shí),源、漏之間不存在導(dǎo)電溝道的為增強(qiáng)型MOS管,UGS=0 時(shí),漏、源之間存在導(dǎo)電溝道的為耗盡型MOS管。
圖二
圖2中襯底為P型半導(dǎo)體,在它的上面是一層SiO2薄膜、在SiO2薄膜上蓋一層金屬鋁,如果在金屬鋁層和半導(dǎo)體之間加電壓UGS,則金屬鋁與半導(dǎo)體之間產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng),在這一電場(chǎng)作用下,P型硅表面的多數(shù)載流子-空穴受到排斥,使硅片表面產(chǎn)生一層缺乏載流子的薄層。同時(shí)在電場(chǎng)作用下,P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子-電子被吸引到半導(dǎo)體的表面,并被空穴所俘獲而形成負(fù)離子,組成不可移動(dòng)的空間電荷層(稱耗盡層又叫受主離子層)。
UGS愈大,電場(chǎng)排斥硅表面層中的空穴愈多,則耗盡層愈寬,且UGS愈大,電場(chǎng)愈強(qiáng);當(dāng)UGS 增大到某一柵源電壓值VT(叫臨界電壓或開啟電壓)時(shí),則電場(chǎng)在排斥半導(dǎo)體表面層的多數(shù)載流子-空穴形成耗盡層之后,就會(huì)吸引少數(shù)載流子-電子,繼而在表面層內(nèi)形成電子的積累,從而使原來為空穴占多數(shù)的P型半導(dǎo)體表面形成了N型薄層。由于與P型襯底的導(dǎo)電類型相反,故稱為反型層。在反型層下才是負(fù)離子組成的耗盡層。這一N型電子層,把原來被PN結(jié)高阻層隔開的源區(qū)和漏區(qū)連接起來,形成導(dǎo)電溝道。
用圖2所示電路來分析柵源電壓UGS控制導(dǎo)電溝道寬窄,改變漏極電流ID 的關(guān)系:當(dāng)UGS=0時(shí),因沒有電場(chǎng)作用,不能形成導(dǎo)電溝道,這時(shí)雖然漏源間外接有ED電源,但由于漏源間被P型襯底所隔開,漏源之間存在兩個(gè)PN結(jié),因此只能流過很小的反向電流,ID ≈0;當(dāng)UGS》0并逐漸增加到VT 時(shí),反型層開始形成,漏源之間被N溝道連成一體。
這時(shí)在正的漏源電壓UDS作用下;N溝道內(nèi)的多子(電子)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng),從源極流向漏極,形成漏極電流ID。顯然,UGS愈高,電場(chǎng)愈強(qiáng),表面感應(yīng)出的電子愈多,N型溝道愈寬溝道電阻愈小,ID愈大。
如何防止絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管擊穿
由于絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗非常高,這本來是它的優(yōu)點(diǎn),但在使用上卻帶來新的問題。由于輸入阻抗高,當(dāng)帶電荷物體一旦靠近柵極時(shí),在柵極感應(yīng)出來的電荷就很難通過這個(gè)電阻泄放掉,電荷的累積造成了電壓的升高,尤其是在極間電容比較小的情況本下,少量的電荷就會(huì)產(chǎn)生較高的電壓,以至管子還沒使用或者在焊接時(shí)就已經(jīng)擊穿或者出現(xiàn)指標(biāo)下降的現(xiàn)象,特別是MOS管,其絕緣層很薄,更易擊穿損壞。為了避免出現(xiàn)這樣的事故,關(guān)鍵在于避免柵極懸空,也就是在柵源兩極之間必須保持直流通路。通常是在柵源兩極之間接一個(gè)電阻(100K以內(nèi)),使累積電荷不致過多,或者接一個(gè)穩(wěn)壓管,使電壓不致超過某一數(shù)值。在保存時(shí)應(yīng)使3個(gè)電極短路,并放在屏蔽的金屬盒內(nèi);把管子焊到電路上或取下來時(shí),也應(yīng)該先將各個(gè)電極短路;安裝測(cè)試時(shí)所用的烙鐵儀器等要有良好的接地,最好拔掉電烙鐵的電源再進(jìn)行焊接。