一、增强型MOS管概述
增强型MOS管(E-MOS管)是一种电压控制型半导体器件,在电路设计中具有广泛的应用。其工作特性表现为:当栅极端子没有电压施加时,通道展现最大的电导率;而当栅极端子两端施加正或负电压时,沟道的电导率会随之降低,从而实现对电流的有效控制。
二、增强型MOS管结构组成
衬底:选用低掺杂的P型硅片作为衬底,为后续的器件制作提供基础支撑。
源极与漏极:通过扩散工艺在衬底上形成两个高掺杂的N+区,并分别引出源极(S)和漏极(D)的电极,这两个区域是电子流入和流出的主要通道。
栅极:在半导体表面覆盖一层SiO₂绝缘层,其上再制作一层金属铝并引出电极,作为栅极(G)。通常将栅极与衬底连接,这样在衬底与栅极之间形成电容结构。当栅极与源极之间的电压发生变化时,会改变衬底靠近绝缘层处的感应电荷数量,进而控制漏极电流的大小。




三、增强型MOS管工作原理


(一)无电压施加状态
当栅极和源极之间未施加电压时,由于漏极和源极之间存在电压差,会有少量电流在漏源之间流动。此时,导电沟道尚未完全形成,电流较小。
(二)正电压施加过程
当在栅极(VGG)处施加正电压时,少数载流子(空穴)受到排斥,而多数载流子(电子)被吸引向SiO₂层。随着VGG处正电位的逐渐增加,一定量的漏极电流(ID)开始在源极和漏极之间流动。进一步提高VGG的正电位,来自源极的电子流动得到增强,并且受VGG电压的推动作用,漏极电流ID也随之增加。由于电子流的增强效应,这种模式被称为增强模式MOS管。
四、增强型MOS管的开启电压
增强型MOS管的开启电压大于零,这是其重要的电气特性之一。
其工作原理紧密依赖于栅源电压(VGS)的控制作用。当栅源之间未施加电压时,漏源之间的PN结处于反向偏置状态,无法形成有效的导电沟道,即使在漏源之间施加电压,也不会有显著电流通过。而当栅源之间施加的正向电压达到一定值(即开启电压VGS(th))时,漏源之间形成导电通道,器件开始导通。
当VGS超过开启电压后,MOS管进入导通区,此时漏源电流(iDS)会随着VGS的增加而增大,同时输出电压(UDS)相应减小。如果漏源电阻(rDS)远小于负载电阻(RD),则输出电压UDS可近似为0V,表明MOS管处于良好的“接通”状态,能够有效地实现电路的通断控制功能。
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