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MOS场效应管的基本结构和工作原理
- 2020-04-07-

  很多人对MOS场效应管的工作原理、根本结构和检测方法不是很了解,尤其关于电工来说,如果有一个直观的概念可能在日常工作中能节约很多时刻,而小编今日就搜集了整个对MOS场效应管的具体介绍,希望对各位电工朋友有所协助。

  MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor,即金属氧化物合成半导体的场效应晶体管),属于绝缘栅型。特点:金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因而具有很高的输入电阻(zui高可达1015Ω)。它也分N沟道管和P沟道管。通常是将衬底(基板)与源极S接在一起。

  MOS场效应三极管分为:增强型(又有N沟道、P沟道之分)及耗尽型(分有N沟道、P沟道)。N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号。其间:电极D(Drain)称为漏极,相当双极型三极管的集电极;

  电极G(Gate)称为栅极,相当于的基极;

  电极S(Source)称为源极,相当于发射极。

  1、N沟道增强型MOSFET

  (1)结构

  N沟道增强型MOSFET根本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表明(2)工作原理

  ①栅源电压VGS的控制效果

  当VGS=0 V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间构成电流。

  当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,经过栅极和衬底间的电容效果,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排挤,呈现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,不足以构成沟道,将漏极和源极沟通,所以仍然不足以构成漏极电流ID。

  进一步添加VGS,当VGS>VGS(th)时(VGS(th)称为敞开电压),由于此刻的栅极电压现已比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中集合较多的电子,可以构成沟道,将漏极和源极沟通。如果此刻加有漏源电压,就可以构成漏极电流ID。在栅极下方构成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。随着VGS的持续添加,ID将不断添加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会呈现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。VGS对漏极电流的控制联系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线。

  转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制效果。gm的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。

  跨导的界说式如下:

  gm=△ID/△VGS|VDS=const(单位mS)(1)

  ②漏源电压VDS对漏极电流ID的控制效果

  当VGS>VGS(th),且固定为某一值时,来剖析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响。有如下联系

  VDS=VDG+VGS=-VGD+VGS

  VGD=VGS-VDS

  当VDS为0或较小时,相当VGD>VGS(th),沟道分布,此刻VDS根本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处,沟道到达敞开的程度以上,漏源之间有电流经过。

  当VDS添加到使VGD=VGS(th)时,沟道。这相当于VDS添加使漏极处沟道缩减到刚刚敞开的状况,称为预夹断,此刻的漏极电流ID根本饱和。当VDS添加到VGD<VGS(th)时。此刻预夹断区域加长,伸向S极。VDS添加的部分根本降落在随之加长的夹断沟道上,ID根本趋于不变。

  当VGS>VGS(th),且固定为某一值时,VDS对ID的影响,即iD=f(VDS)|VGS=const这一联系曲线。这一曲线称为漏极输出特性曲线。

  2、N沟道耗尽型MOSFET

  N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子现已感应出反型层,构成了沟道。所以,只需有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS>0时,将使ID进一步添加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表明,有时也用VP表明。

  3、P沟道耗尽型MOSFET

  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,供电电压极性不同罢了。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。