如何判斷mos管工作狀態(tài)(tài)-mos管工作原理 曲線性特性與分類-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-01-11
如何判斷mos管工作狀態(tài)(tài)，文中將會具體描述出來。mos管的工作狀態(tài)(tài)一共有兩種：增強型和耗盡型兩類又有N溝道和P溝道之分。
mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導(dǎo)(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)(yīng)晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導(dǎo)(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)(qū)。在多數(shù)(shù)情況下，這個兩個區(qū)(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。
（1）vGS對iD及溝道的控制作用
① vGS=0 的情況
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(jié)(jié)。當(dāng)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(jié)(jié)處于反偏狀態(tài)(tài)，漏——源極間沒有導(dǎo)(dǎo)電溝道，所以這時漏極電流iD≈0。
② vGS>0 的情況
若vGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)(chǎn)生一個電場。電場方向垂直于半導(dǎo)(dǎo)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：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。
（2）導(dǎo)(dǎo)電溝道的形成：
當(dāng)vGS數(shù)(shù)值較小，吸引電子的能力不強時，漏——源極之間仍無導(dǎo)(dǎo)電溝道出現(xiàn)(xiàn)，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(dāng)vGS達到某一數(shù)(shù)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(qū)(qū)相連通，在漏——源極間形成N型導(dǎo)(dǎo)電溝道，其導(dǎo)(dǎo)電類型與P襯底相反，故又稱為反型層，如圖1(c)所示。vGS越大，作用于半導(dǎo)(dǎo)體表面的電場就越強，吸引到P襯底表面的電子就越多，導(dǎo)(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小。
開始形成溝道時的柵——源極電壓稱為開啟電壓，用VT表示。
上面討論的N溝道MOS管在vGS＜VT時，不能形成導(dǎo)(dǎo)電溝道，管子處于截止?fàn)顟B(tài)(tài)。只有當(dāng)vGS≥VT時，才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時才能形成導(dǎo)(dǎo)電溝道的MOS管稱為增強型MOS管。溝道形成以后，在漏——源極間加上正向電壓vDS，就有漏極電流產(chǎn)(chǎn)生。
vDS對iD的影響
如圖(a)所示，當(dāng)vGS>VT且為一確定值時，漏——源電壓vDS對導(dǎo)(dǎo)電溝道及電流iD的影響與結(jié)(jié)型場效應(yīng)(yīng)管相似。
漏極電流iD沿溝道產(chǎn)(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)(nèi)各點與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為VGD=vGS－vDS，因而這里溝道最薄。但當(dāng)vDS較?。╲DS
隨著vDS的增大，靠近漏極的溝道越來越薄，當(dāng)vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)時，溝道在漏極一端出現(xiàn)(xiàn)預(yù)(yù)夾斷，如圖2(b)所示。再繼續(xù)(xù)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(qū)(qū)，故iD幾乎不隨vDS增大而增加，管子進入飽和區(qū)(qū)，iD幾乎僅由vGS決定。
（1）結(jié)(jié)構(gòu)(gòu)：
N溝道耗盡型MOS管與N溝道增強型MOS管基本相似。
（2）區(qū)(qū)別：
耗盡型MOS管在vGS=0時，漏——源極間已有導(dǎo)(dǎo)電溝道產(chǎn)(chǎn)生，而增強型MOS管要在vGS≥VT時才出現(xiàn)(xiàn)導(dǎo)(dǎo)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，在這些正離子產(chǎn)(chǎn)生的電場作用下，漏——源極間的P型襯底表面也能感應(yīng)(yīng)生成N溝道(稱為初始溝道)，只要加上正向電壓vDS，就有電流iD。
如果加上正的vGS，柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小，iD增大。反之vGS為負時，溝道中感應(yīng)(yīng)的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，iD減小。當(dāng)vGS負向增加到某一數(shù)(shù)值時，導(dǎo)(dǎo)電溝道消失，iD趨于零，管子截止，故稱為耗盡型。溝道消失時的柵－源電壓稱為夾斷電壓，仍用VP表示。與N溝道結(jié)(jié)型場效應(yīng)(yīng)管相同，N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP也為負值，但是，前者只能在vGS<0的情況下工作。而后者在vGS=0，vGS>0。
N溝道增強型MOS管的輸出特性曲線如圖1(a)所示。與結(jié)(jié)型場效應(yīng)(yīng)管一樣,其輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)(qū)、飽和區(qū)(qū)、截止區(qū)(qū)和擊穿區(qū)(qū)幾部分。轉(zhuǎn)(zhuǎn)移特性曲線
轉(zhuǎn)(zhuǎn)移特性曲線如圖1(b)所示,由于場效應(yīng)(yīng)管作放大器件使用時是工作在飽和區(qū)(qū)(恒流區(qū)(qū)),此時iD幾乎不隨vDS而變化,即不同的vDS所對應(yīng)(yīng)的轉(zhuǎn)(zhuǎn)移特性曲線幾乎是重合的,所以可用vDS大于某一數(shù)(shù)值(vDS＞vGS-VT)后的一條轉(zhuǎn)(zhuǎn)移特性曲線代替飽和區(qū)(qū)的所有轉(zhuǎn)(zhuǎn)移特性曲線.?iD
與vGS的近似關(guān)(guān)系
與結(jié)(jié)型場效應(yīng)(yīng)管相類似。在飽和區(qū)(qū)內(nèi)(nèi),iD與vGS的近似關(guān)(guān)系式為
式中IDO是vGS=2VT時的漏極電流iD。
P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)(dǎo)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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