首页
新万博投注
新万博买球
新万博体育滚球
新万博投注 > 新万博买球 >

n沟道mos管工作原理

  金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-SemIConductor)结构的晶体管简称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扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压,且只有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,基本上不需要吸收电流,因此,CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。NMOS集成电路大多采用单组正电源供电,并且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路相同的电源,就可与NMOS集成电路直接连接。不过,从NMOS到CMOS直接连接时,由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平,因而需要使用一个(电位)上拉电阻R,R的取值一般选用2~100K。

  在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上,制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作漏极d和源极s。

  然后在半导体表面覆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沟道增强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。

  图(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反,如图(c)所示。

  转移特性曲线(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)iD与vGS的近似关系

  MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。从图1(a)可以看出,增强型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,即使加上漏-源电压vDS,而且不论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iD0。

  若在栅-源极间加上正向电压,即vGS>0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场,这个电场能排斥空穴而吸引电子,因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的受主离子(负离子),形成耗尽层,同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。当vGS数值较小,吸引电子的能力不强时,漏-源极之间仍无导电沟道出现,如图1(b)所示。vGS增加时,吸引到P衬底表面层的电子就增多,当vGS达到某一数值时,这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层,且与两个N+区相连通,在漏-源极间形成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,作用于半导体表面的电场就越强,吸引到P衬底表面的电子就越多,导电沟道越厚,沟道电阻越小。我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压,用VT表示。

  由上述分析可知,N沟道增强型MOS管在vGS<VT时,不能形成导电沟道,管子处于截止状态。只有当vGSVT时,才有沟道形成,此时在漏-源极间加上正向电压vDS,才有漏极电流产生。而且vGS增大时,沟道变厚,沟道电阻减小,iD增大。这种必须在vGSVT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。

  如图2(a)所示,当vGS》VT且为一确定值时,漏-源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管相似。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,因而这里沟道最薄。但当vDS较小(vDS《vGSVT)时,它对沟道的影响不大,这时只要vGS一定,沟道电阻几乎也是一定的,所以iD随vDS近似呈线性变化。

  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,沟道在漏极一端出现预夹断,如图2(b)所示。再继续增大vDS,夹断点将向源极方向移动,如图2(c)所示。由于vDS的增加部分几乎全部降落在夹断区,故iD几乎不随vDS增大而增加,管子进入饱和区,iD几乎仅由vGS决定。

  • 上一篇:用非传统MOSFET方案提高功率CMOS器件的功效

  • 下一篇:一篇文章读懂超级结MOSFET的优势