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如何判斷mos管工作狀態-mos管工作原理 曲线性特性与分类-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-01-11 

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如何判斷mos管工作狀態

如何判斷mos管工作狀態,文中将会具体描述出来。mos管的工作状态一共有两种:增强型和耗尽型两类又有N沟道和P沟道之分。


mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場效應晶體管,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認爲是對稱的。


如何判斷mos管工作狀態-N沟道增强型MOS場效應管

(1)vGS對iD及溝道的控制作用

① vGS=0 的情况

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 的情况

若vGS>0,則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便産生一個電場。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。吸引电子:将 P型衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。


(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,故又稱爲反型層,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——源極電壓稱爲開啓電壓,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管稱爲增強型MOS管。溝道形成以後,在漏——源極間加上正向電壓vDS,就有漏極電流産生。


vDS對iD的影響

如何判斷mos管工作狀態


如图(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的影响与结型場效應管相似。


漏極電流iD沿溝道産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,這裏溝道最厚,而漏極一端電壓最小,其值爲VGD=vGS-vDS,因而這裏溝道最薄。但當vDS較小(vDS


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。


如何判斷mos管工作狀態-N沟道增强型MOS場效應管

如何判斷mos管工作狀態

(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産生,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,在這些正離子産生的電場作用下,漏——源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道(稱爲初始溝道),只要加上正向電壓vDS,就有電流iD。


如果加上正的vGS,栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子,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,导电沟道消失,iD趋于零,管子截止,故称为耗尽型。沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压,仍用VP表示。与N沟道结型場效應管相同,N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP也为负值,但是,前者只能在vGS<0的情况下工作。而后者在vGS=0,vGS>0。


N溝道增強型MOS管MOS管曲線和電流方程

如何判斷mos管工作狀態


輸出特性曲線

N沟道增强型MOS管的輸出特性曲線如图1(a)所示。与结型場效應管一样,其輸出特性曲線也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。转移特性曲线


转移特性曲线如图1(b)所示,由于場效應管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时iD几乎不随vDS而变化,即不同的vDS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用vDS大于某一数值(vDS>vGS-VT)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.?iD

與vGS的近似關系


与结型場效應管相类似。在饱和区内,iD與vGS的近似關系式为

如何判斷mos管工作狀態


式中IDO是vGS=2VT時的漏極電流iD。


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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