深圳市秒速赛车科技有限公司

国家高新企业

cn en

新闻中心

涨知识-mos管 n型mos管的工作原理及详解-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2017-09-29 

分享到:

N沟MOS晶体管

金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-SemIConductor)构造的晶体管简称MOS晶体管,有P型MOS管和N型MOS管之分。MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路,而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS集成电路。


由p型衬底和两个高浓度n扩散区构成的MOS管叫作n沟道MOS管,该管导通时在两个高浓度n扩散区间构成n型导电沟道。n沟道加强型MOS管必需在栅极上施加正向偏压,且只要栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压(栅源电压为零)时,就有导电沟道产生的n沟道MOS管。


NMOS集成电路是N沟道MOS电路,NMOS集成电路的输入阻抗很高,根本上不需求吸收电流,因而,CMOS与NMOS集成电路衔接时不用思索电流的负载问题。NMOS集成电路大多采用单组正电源供电,并且以5V为多。CMOS集成电路只需选用与NMOS集成电路相同的电源,就可与NMOS集成电路直接衔接。不过,从NMOS到CMOS直接衔接时,由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平,因此需求运用一个(电位)上拉电阻R,R的取值普通选用2~100KΩ。


N沟道加强型MOS管的构造

在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上,制造两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作漏极d和源极s。

然后在半导体外表掩盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,在漏——源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。

在衬底上也引出一个电极B,这就构成了一个N沟道加强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一同的(大多数管子在出厂前已连接好)。


它的栅极与其它电极间是绝缘的。

图(a)、(b)分别是它的构造表示图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。P沟道加强型MOS管的箭头方向与上述相反,如图(c)所示。


n型mos管


N沟道加强型MOS管的工作原理

(1)vGS对iD及沟道的控制造用

① vGS=0 的状况

从图1(a)能够看出,加强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压vGS=0时,即便加上漏——源电压vDS,而且不管vDS的极性如何,总有一个PN结处于反偏状态,漏——源极间没有导电沟道,所以这时漏极电流iD≈0。


② vGS>0 的状况

若vGS>0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体外表的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排挤空穴而吸收电子。

排挤空穴:使栅极左近的P型衬底中的空穴被排挤,剩下不能挪动的受主离子(负离子),构成耗尽层。吸收电子:将 P型衬底中的电子(少子)被吸收到衬底外表。


(2)导电沟道的构成:

当vGS数值较小,吸收电子的才能不强时,漏——源极之间仍无导电沟道呈现,如图1(b)所示。vGS增加时,吸收到P衬底外表层的电子就增加,当vGS到达某一数值时,这些电子在栅极左近的P衬底外表便构成一个N型薄层,且与两个N+区相连通,在漏——源极间构成N型导电沟道,其导电类型与P衬底相反,故又称为反型层,如图1(c)所示。vGS越大,作用于半导体外表的电场就越强,吸收到P衬底外表的电子就越多,导电沟道越厚,沟道电阻越小。


开端构成沟道时的栅——源极电压称为开启电压,用VT表示。

上面讨论的N沟道MOS管在vGS<VT时,不能构成导电沟道,管子处于截止状态。只要当vGS≥VT时,才有沟道构成。这种必需在vGS≥VT时才干构成导电沟道的MOS管称为加强型MOS管。沟道构成以后,在漏——源极间加上正向电压vDS,就有漏极电流产生。


vDS对iD的影响


n型mos管

如图(a)所示,当vGS>VT且为一肯定值时,漏——源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管类似。


漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等,靠近源极一端的电压最大,这里沟道最厚,而漏极一端电压最小,其值为VGD=vGS-vDS,因此这里沟道最薄。但当vDS较小(vDS随着vDS的增大,靠近漏极的沟道越来越薄,当vDS增加到使VGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)时,沟道在漏极一端呈现预夹断,如图2(b)所示。再继续增大vDS,夹断点将向源极方向挪动,如图2(c)所示。由于vDS的增加局部简直全部降落在夹断区,故iD简直不随vDS增大而增加,管子进入饱和区,iD简直仅由vGS决议。

N沟道加强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数

(1)特性曲线和电流方程


n型mos管

1)输出特性曲线

N沟道加强型MOS管的输出特性曲线如图1(a)所示。与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几局部。

2)转移特性曲线

转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件运用时是工作在饱和区(恒流区),此时iD简直不随vDS而变化,即不同的vDS所对应的转移特性曲线简直是重合的,所以可用vDS大于某一数值(vDS>vGS-VT)后的一条转移特性曲线替代饱和区的一切转移特性曲线。

3)iD与vGS的近似关系

与结型场效应管相相似。在饱和区内,iD与vGS的近似关系式为


n型mos管


式中IDO是vGS=2VT时的漏极电流iD。


(2)参数

MOS管的主要参数与结型场效应管根本相同,只是加强型MOS管中不用夹断电压VP ,而用开启电压VT表征管子的特性。

N沟道耗尽型MOS管的基本结构

n型mos管


(1)构造:

N沟道耗尽型MOS管与N沟道加强型MOS管根本类似。

(2)区别:

耗尽型MOS管在vGS=0时,漏——源极间已有导电沟道产生,而加强型MOS管要在vGS≥VT时才呈现导电沟道。

(3)缘由:

制造N沟道耗尽型MOS管时,在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子),如图1(a)所示,因而即便vGS=0时,在这些正离子产生的电场作用下,漏——源极间的P型衬底外表也能感应生成N沟道(称为初始沟道),只需加上正向电压vDS,就有电流iD。

假如加上正的vGS,栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸收来更多的电子,沟道加宽,沟道电阻变小,iD增大。反之vGS为负时,沟道中感应的电子减少,沟道变窄,沟道电阻变大,iD减小。当vGS负向增加到某一数值时,导电沟道消逝,iD趋于零,管子截止,故称为耗尽型。



联系方式:邹先生

联系电话:0755-83888366-8022

手机:18123972950

QQ:2880195519

联系地址:深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1


关注KIA半导体工程专辑请搜微信号:“KIA半导体”或点击本文下方图片扫一扫进入官方微信“关注”

长按二维码识别关注