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  • mos管的工作原理图文详解
    • 发布时间:2025-07-07 18:10:40
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    mos管的工作原理图文详解
    一、MOS管的结构组成
    以N沟道增强型MOS管为例,其构建始于一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底。借助半导体光刻与扩散工艺,在该衬底上形成两个高掺杂浓度的N+区,并通过金属铝分别引出漏极D和源极S两个电极。在漏极与源极之间的P型半导体表面,覆盖一层极薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层膜。进一步地,在这层绝缘层膜之上装设一个铝电极,即构成栅极G。如此设计使得栅极与其他电极之间实现绝缘。
    同样地,若以一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底为基础,运用半导体光刻、扩散工艺制作出两个高掺杂浓度的P+区,并遵循与上述相同的栅极制作流程,便能制得P沟道增强型MOS管。以下是N沟道和P沟道MOS管的结构图及其代表符号示意。
    mos管的工作原理
    二、MOS管的工作原理
    核心基础:MOS管的工作紧密依赖于MOS电容。MOS电容位于源极和漏极之间的氧化层下方的半导体表面。通过在栅极施加正电压或负电压,能够实现该半导体表面从P型到N型的反转。
    开关特性:MOS管具备控制源极和漏极之间电压与电流的能力,其工作原理类似于一个开关,而MOS电容则是这一开关功能的核心组件。
    mos管的工作原理
    导电过程:当漏源电压(VDS)连接在漏极和源极之间时,漏极为正电压,源极为负电压。此时,漏极的PN结处于反向偏置状态,而源极的PN结处于正向偏置状态,通常情况下漏极与源极之间无电流流动。
    沟道形成:若在栅极端子施加正电压(VGG),由于静电引力作用,P衬底中的少数载流子——电子将在栅极触点处聚集,进而在两个N+区域之间构建起导电桥。
    电导率控制:在栅极接触处积累的自由电子数量受施加正电压强度的影响。电压越高,电子积累所形成的N沟道宽度越大,电导率随之提升,漏极电流(ID)便会在源极与漏极之间开始流动。
    阈值电压概念:当栅极端子无电压施加时,仅存在少量因少数载流子产生的电流。MOS管开始导通所需的最小电压即为阈值电压。
    类型划分:MOS管分为N沟道和P沟道两类,每类又细分为增强型与耗尽型,共计四种类型:N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。增强型管的特征为当栅极-源极电压UGS为零时,漏极电流也为零;而耗尽型管则是在UGS为零时漏极电流不为零。
    三、增强型MOS管工作原理详解
    增强型MOS管的漏极D和源极S之间存在两个背靠背的PN结。当栅-源电压VGS为零时,即便施加漏-源电压VDS,总有一个PN结处于反偏状态,导致漏-源极间缺乏导电沟道,无电流流过,此时漏极电流ID为零。
    若在栅-源极间施加正向电压,即VGS>0,栅极与硅衬底之间的SiO2绝缘层将产生一个由栅极指向P型硅衬底的电场。由于氧化物层的绝缘特性,栅极所加电压VGS无法形成电流,于是在氧化物层两侧形成电容结构。VGS相当于对该电容充电并形成电场,随着VGS的逐步升高,受栅极正电压吸引,电容另一侧聚集大量电子,形成从漏极到源极的N型导电沟道。当VGS超过管子的开启电压VT(通常约为2V)时,N沟道管开始导通,漏极电流ID随之产生。开启导电沟道时的栅-源极电压被称为开启电压,以VT表示。
    通过调控栅极电压VGS的大小,可改变电场强度,进而实现对漏极电流ID大小的控制。这正是MOS管利用电场控制电流的关键特性,因此其也被称为场效应管。
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