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解析mos管的四種類型-MOS管四種類型有什么區別及聯系-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-06-27 

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解析mos管的四種類型-MOS管四種類型有什么區別及聯系

mos管的四種類型

mos管的四種類型,與結型場效應管相同,MOS管工作原理動畫示意圖也有N溝道和P溝道兩類,但每一類又分為增強型和耗盡型兩種,因此MOS管的四種類型為:N溝道增強型管、N溝道耗盡型管、P溝道增強型管、P溝道耗盡型管。凡柵極-源極電壓UGS為零時漏極電流也為零的管子均屬于增強型管,凡柵極-源極電壓UGS為零時漏極電流不為零的管子均屬于耗盡型管,所以下面一一介紹mos管的四種類型。


mos管的四種類型-N溝道增強型的結構與工作原理
N溝道增強型MOS管結構

在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上,制作兩個高摻雜濃度的N+區,并用金屬鋁引出兩個電極,分別作漏極d和源極s。然后在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(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。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接好)。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。


mos管的四種類型


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

① vGS=0 的情況

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結。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結處于反偏狀態,漏——源極間沒有導電溝道,所以這時漏極電流iD≈0。


② vGS>0 的情況

若vGS>0,則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產生一個電場。電場方向垂直于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。


排斥空穴: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。吸引電子:將 P型襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表面。


(2)導電溝道的形成:

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,其導電類型與P襯底相反,故又稱為反型層,如圖1(c)所示。


vGS越大,作用于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。開始形成溝道時的柵——源極電壓稱為開啟電壓,用VT表示。


上面討論的N溝道MOS管在vGS<VT時,不能形成導電溝道,管子處于截止狀態。只有當vGS≥VT時,才有溝道形成。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。溝道形成以后,在漏——源極間加上正向電壓vDS,就有漏極電流產生。


vDS對iD的影響


mos管的四種類型


如圖(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的影響與結型場效應管相似。


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,這里溝道最厚,而漏極一端電壓最小,其值為VGD=vGS-vDS,因而這里溝道最薄。但當vDS較?。╲DS


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。由于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。


mos管的四種類型-N溝道耗盡型MOS管


mos管的四種類型


(1)結構:

N溝道耗盡型MOS管與N溝道增強型MOS管基本相似。


(2)區別:

耗盡型MOS管在vGS=0時,漏——源極間已有導電溝道產生,而增強型MOS管要在vGS≥VT時才出現導電溝道。


(3)原因:

制造N溝道耗盡型MOS管時,在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+(制造P溝道耗盡型MOS管時摻入負離子),如圖1(a)所示,因此即使vGS=0時,在這些正離子產生的電場作用下,漏——源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道(稱為初始溝道),只要加上正向電壓vDS,就有電流iD。


如果加上正的vGS,柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子,溝道加寬,溝道電阻變小,iD增大。反之vGS為負時,溝道中感應的電子減少,溝道變窄,溝道電阻變大,iD減小。當vGS負向增加到某一數值時,導電溝道消失,iD趨于零,管子截止,故稱為耗盡型。溝道消失時的柵-源電壓稱為夾斷電壓,仍用VP表示。與N溝道結型場效應管相同,N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP也為負值,但是,前者只能在vGS<0的情況下工作。而后者在vGS=0,vGS>0。


mos管的四種類型-p溝道增強型MOS管

(一)P溝道增強型mosfet的結構和工作原理

如圖(1)是P溝道增強型mosfet的結構示意圖.通過光刻、擴散的方法或其他手段,在N型襯底(基片)上制作出兩個摻雜的P區,分別引出電極,稱為源極(s)和漏極(D),同時在漏極與源極之間的Si02絕緣層上制作金屬,稱為柵極(G),柵極與其他電極是絕緣的,所以稱為絕緣柵場效應管 。圖(2)為P溝道增強型MOS管的電路符號。


mos管的四種類型


正常工作時,P溝道增強型mosfet的襯底必須與源極相連,而漏心極對源極的電壓v璐應為負值,以保證兩個P區與襯底之間的PN結均為反偏,同時為了在襯底頂表面附近形成導電溝道。柵極對源極的電壓‰也應為負.


1.導電溝道的形成(VDS=0)

當VDS=0時,在柵源之間加負電壓比,如圖(3)所示,由于絕緣層的存在,故沒有電流,但是金屬柵極被補充電而聚集負電荷,N型半導體中的多子電子被負電荷排斥向體內運動,表面留下帶正電的離子,形成耗盡層,隨著G、S間負電壓的增加,耗盡層加寬,當v&增大到一定值時,襯底中的空穴(少子)被柵極中的負電荷吸引到表面,在耗盡層和絕緣層之間形成一個P型薄層,稱反型層。


如下圖(4)所示,這個反型層就構成漏源之間的導電溝道,這時的VGs稱為開啟電壓VGS(th),啵到vGS(th)后再增加,襯底表面感應的空穴越多,反型層加寬,而耗盡層的寬度卻不再變化,這樣我們可以用vGs的大小控制導電溝道的寬度。


mos管的四種類型


2.VDS≠O的情況

導電溝道形成以后,D,S間加負向電壓時,那么在源極與漏極之間將有漏極電流ID流通,而且ID隨/VDS/而增.ID沿溝道產生的壓降使溝道上各點與柵極間的電壓不再相等,該電壓削弱了柵極中負電荷電場的作用,使溝道從漏極到源極逐漸變窄,如圖(5)所示.當VDS增大到使VGD=VGS(即VDS=VGS一VGS(TH)),溝道在漏極附近出現預夾斷。


如圖(6)所示.再繼續增大VDS,夾斷區只是稍有加長,而溝道電流基本上保持預夾斷時的數值,其原因是當出現預夾斷時再繼續增大VDS,VDS的多余部分就全部加在漏極附近的夾斷區上,故形成的漏極電流ID近似與VDS無關。


mos管的四種類型


(二)P溝道增強型mosfet的特性曲線和轉移特性曲線

圖(7)、(8)分別是P溝道增強型M06管的漏極特性曲線和轉移特性曲線.漏極特性曲線也可分為可變電阻區、恒流區和夾斷區三部分.轉移特性曲線是、,璐使管子工作在漏極特性曲線的恒流區時所對應的ID=F(VGS)曲線:

ID與VGS的近似關系式為:


mos管的四種類型


mos管的四種類型-P溝道耗盡型MOS管

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同,只不過導電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。


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