MOS (場效應(yīng))管的基本知識

發(fā)布時(shí)間：2022-03-03作者來源：薩科微瀏覽：2429

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，MOS管在電子行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，薩科微電子SLKOR作為能夠研發(fā)生產(chǎn)碳化硅SiC產(chǎn)品的“碳化硅專家”，必須來科普一下這方面的知識。

MOS即 MOSFET的簡寫，全稱是金屬氧化物場效應(yīng)晶體管。就是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。MOS管的構(gòu)造、原理、特性、符號規(guī)則和封裝種類等，大致如下。

1、MOS管的構(gòu)造：

MOS管的構(gòu)造是在一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的 N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅（Si02）絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道（NPN 型）增強(qiáng)型MOS管。它的柵極和其它電極間是絕緣的。

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)，及上述相同的柵極制作過程，就制成為一個(gè)P溝道（PNP型）增強(qiáng)型MOS管。圖1-1所示（a ）、（b）分別是P溝道MOS管道結(jié)構(gòu)圖和代表符號。

2、MOS 管的工作原理：

從圖1-2-（a）可以看出，增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵-源電壓VGS=0 時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒有導(dǎo)電溝道（沒有電流流過），所以這時(shí)漏極電流ID=0。此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，圖 1-2-(b)所示，即VGS＞0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓 VGS無法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VT（一般約為2V）時(shí)，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱為開啟電壓，一般用VT表示。控制柵極電壓VGS的大小改變了電場的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流 ID的大小的目的，這也是MOS管用電場來控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱之為場效應(yīng)管。

3、MOS 管的特性：

上述MOS管的工作原理中可以看出，MOS管的柵極G和源極S之間是絕緣的，由于SiO2絕緣層的存在，在柵極G和源極S之間等效是一個(gè)電容存在，電壓VGS產(chǎn)生電場從而導(dǎo)致源極-漏極電流的產(chǎn)生。此時(shí)的柵極電壓VGS決定了漏極電流的大小，控制柵極電壓VGS的大小就可以控制漏極電流ID的大小。這就可以得出如下結(jié)論：

1） MOS 管是一個(gè)由改變電壓來控制電流的器件，所以是電壓器件。

2） MOS 管道輸入特性為容性特性，所以輸入阻抗極高。

4、MOS 管的電壓極性和符號規(guī)則：

圖1-4-（a）是N溝道MOS管的符號，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是 P溝道的MOS管。

實(shí)際在MOS管生產(chǎn)的過程中襯底在出廠前就和源極連接，所以在符號的規(guī)則中，表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區(qū)別漏極和源極。圖1-4-（c）是P溝道MOS管的符號。MOS管應(yīng)用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負(fù)極，柵極G正電壓時(shí)導(dǎo)電溝道建立，N溝道MOS管開始工作,如圖1-4-（b）所示。同樣P道的類似PNP晶體三極管，漏極D接負(fù)極，源極S接正極，柵極G負(fù)電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道建立，P溝道MOS管開始工作,如圖1-4-（d）所示。