MOS管工作原理

MOS管是金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管，它分为N沟道与P沟道两大类即NMOS管和PMOS管；

 

PMOS管：

 

P沟道增强型场效应晶体管：P沟道硅MOS管在N型硅衬底上有两个P+区，源极和漏极，它们之间不通导，源极上加有足够的正电压(栅极接地)时，栅极下的N型硅表面呈现P型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。

 

P沟道耗尽型场效应晶体管：N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。

 

 

NMOS管

 

N沟道增强型MOS管：在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，有两个高掺杂浓度的N+区，并且有金属铝引出两个电极，分别是漏极D和源极S，在漏——源极间的绝缘层上有一个铝电极（通常是多晶硅），是栅极G。在衬底上有一个电极B。

 

 

由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，由NMOS组成的电路就是NMOS集成电路，由PMOS管组成的电路就是PMOS集成电路，由NMOS和PMOS两种管子组成的互补MOS电路，即CMOS电路。

 

 

MOS管工作原理如下：

 

PMOS的驱动电路

 

PMOS的工作原理：

 

PMOS是N型硅衬底，其中的多数载流子是电子，少数载流子是空穴，源漏区的掺杂类型是P型，所以，PMOS的工作条件是在栅上相对于源极施加负电压，亦即在PMOS的栅上施加的是负电荷电子，而在衬底感应的是可运动的正电荷空穴和带固定正电荷的耗尽层，不考虑二氧化硅中存在的电荷的影响，衬底中感应的正电荷数量就等于PMOS栅上的负电荷的数量。当达到强反型时，在相对于源端为负的漏源电压的作用下，源端的正电荷空穴经过导通的P型沟道到达漏端，形成从源到漏的源漏电流。同样地，VGS越负(绝对值越大)，沟道的导通电阻越小，电流的数值越大。

导通的PMOS的工作区域也分为非饱和区，临界饱和点和饱和区。不论NMOS还是PMOS，当未形成反型沟道时，都处于截止区，

其电压条件是：

VGS，

VGS>VTP (PMOS)，

值得注意的是，PMOS的VGS和VTP都是负值。

PMOS集成电路是一种适合在低速、低频领域内应用的器件。PMOS集成电路采用-24V电压供电。

MOS场效应晶体管具有很高的输入阻抗，在电路中便于直接耦合，容易制成规模大的集成电路 。

 

 

NMOS的工作原理：

NMOS的驱动电路

 

vGS对iD及沟道的控制作用

 vGS=0 的情况

增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压vGS=0时，即使加上漏——源电压vDS，而且不论vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏——源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流iD≈0。

vGS>0 的情况

若vGS>0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。

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。

 

导电沟道的形成

 

当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏——源极之间仍无导电沟道出现，vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏——源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，

 

vGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。

开始形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压，用VT表示。

N沟道MOS管在vGS时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当vGS≥VT时，才有沟道形成。这种必须在vGS≥VT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。沟道形成以后，在漏——源极间加上正向电压vDS，就有漏极电流产生。