一、增强型MOS管
增强型MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)具有独特的开关特性。在没有栅极电压施加时,该器件处于关闭状态,即不导通。其工作原理基于栅极电压对沟道电荷浓度的调控。
当栅极电压达到特定的阈值时,沟道内的电荷浓度显著增加,从而形成有效的导电通道,使得器件进入导通状态。增强型MOSFET通常选用P型或N型半导体材料作为衬底,且沟道区域的掺杂浓度相对较低。这种低掺杂浓度的沟道设计确保了在无栅极电压条件下,沟道内缺乏自由载流子,维持器件的关闭状态。
具体到工作原理:
关断状态:栅极电压为0时,沟道区域因缺少自由载流子而无法形成电流路径,器件处于关断状态。
导通状态:当栅极电压超过阈值电压后,栅极产生的电场能够吸引沟道区域的载流子,进而形成导电通道,实现器件的导通。
二、耗尽型MOS管
耗尽型MOSFET的初始状态与增强型相反。在没有栅极电压的情况下,沟道区域已经存在导电所需的自由载流子,因此器件处于导通状态。这是由于耗尽型MOS管的沟道区域采用了高掺杂浓度的P型或N型半导体材料。
其工作原理如下:
初始导通状态:无栅极电压时,高掺杂的沟道区域保证了足够的自由载流子数量,形成导电通道,器件自然导通。
控制导通能力:通过改变栅极电压,影响沟道中的电荷浓度,从而实现对器件导电能力的动态控制。




三、增强型和耗尽型MOS管的区别
增强型MOS管
常见增强型MOS管在SiO₂绝缘层中不存在正负电子,其栅极与沟道之间由绝缘层(SiO₂)隔开,通过感应电子实现导通。依靠Vgs(th)(栅极阈值电压)来控制导通过程。以PMOS和NMOS为例,PMOS常用于高端驱动场景,不过其导通电阻较大、成本较高、可替代种类相对有限;而NMOS在特定条件下,如开关电源、马达驱动电压等应用场景中,也可作为高端驱动的替代选择。随着栅极偏置电压的上升或下降,沟道会发生不同程度的反转或减弱直至消失。具有正阈值电压的NMOS被称为增强模式NMOS,即增强型NMOS。
耗尽型MOS管
耗尽型MOS管支持使用正、零、负电压来控制导通。对于耗尽层的NMOS管,在SiO₂绝缘层中掺入大量Na⁺或K⁺正离子,当Vgs=0时,正离子产生的电场在P型衬底中感应出足够电子,形成N型导电沟道;Vgs>0时,N沟道变宽,漏电流Id增大;Vgs<0且低于阈值电压时,正离子形成的电场被削弱,N沟道变窄,Id减小直至关断。而耗尽层的PMOS管则在SiO₂绝缘层中掺入大量负离子,其阈值电压大于0。
在导通状态方面,增强型MOS管需要外部正向偏置电压才能导通;耗尽型MOS管在零门源电压下即可实现导通。关断状态时,增强型MOS管无载流子通道;耗尽型MOS管存在固有载流子通道,无需外部电压维持导通。控制方式上,增强型MOS管依赖外部电压控制,具备更高的控制灵活性;耗尽型MOS管则通过施加逆偏电压实现截止,控制方式相对简单。
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