1、什么是MOS管
MOS管也就是常說的MOSFET。 MOSFET全稱是:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor即,金屬氧化物半導體場效應晶體管。 MOS可以分為兩種:耗盡型和增強型。
1)耗盡型: Vgs電壓為0的時候,導電溝道已經存在,在漏極和源極之間有電壓就會有電流流過,當增加Vgs時導通能力增強,當Vgs小于0時導電能力減弱,繼續減小逐漸截止,這種MOS管目前用的不是很多。
2)增強型: Vgs=0時,MOS管截止,Vgs逐漸增大,達到一定值后MOS管開始導通,繼續增大導通能力增強。 目前市面上基本都是使用這種增強型MOS管。
下面以增強型N溝道場效應管為例,介紹場效應管原理。
2、MOS管結構
如下所示,在P型半導體中嵌入兩個N型半導體,N型半導體使用引線引出,這兩個就是源極和漏極,和襯底相連的是源極,另外一個是漏極。 然后覆蓋一層二氧化硅絕緣層,絕緣層上覆蓋金屬板,金屬板使用引線引出,這就是柵極。 柵極被絕緣層隔離,因此MOS管的柵極電流很小,輸入阻抗很大。
P型半導體富含空穴,N型半導體富含電子,兩種半導體在接觸面上形成空間電荷區(耗盡區),如下圖棕色區域。
從下圖可以看出,襯底和源極相連后,源極和漏極之間形成一個PN結,這就是MOS內部的體二極管。
3、MOS管溝道形成
當我們給柵極和源極之間施加電壓時,因為源極和襯底相連,所以柵極和襯底之間電壓就是Vgs,因此在絕緣層上下形成電場,柵極吸引襯底(P型半導體)內部的電子向上移動,聚集在絕緣層的下方,形成導電溝道,當增大Vgs電壓時,電場強度增強,聚集在絕緣層下方的電子增多,導電溝道加深,導電能力增強。
4、漏源電流形成
源極和漏極之間形成導電溝道之后,在漏極和源極之間施加電壓Vds,溝道中的電子開始流動形成電流。 當我們維持Vgs不變,逐漸增加漏極電壓,也就是Vds,漏極電流逐漸增大,呈線性關系。
注意看下圖中的溝道左深右淺,這是由于漏極電壓的緣故削弱了柵極電場,可以這么理解,本來電子被柵極吸引建立柵極電場,但是溝道右側部分電子被漏極正電壓吸走,削弱了柵極右側電場,右側溝道變淺。 隨著漏極電壓升高,漏極的空間電荷區變大,進步一衰減了柵極電場,右側溝道溝道進一步變淺。
以下是2N7002P的特性曲線,以Vgs=3.5V為例,此時MOS管處于紅色區間內,漏極電流隨Vds增大而增大。
5、預夾斷
柵極電壓不變,繼續增大漏極電壓,空間電荷區進一步增大,漏極電壓不斷地削弱右側溝道,當右側溝道剛好“消失”時,出現預夾斷,如下圖中黑色夾斷點。
以下是2N7002P的特性曲線,以Vgs=3.5V為例,此時MOS管處于紅色區間內,漏極電流出現拐點,MOS即將走向飽和。
6、夾斷
柵極電壓不變,繼續增加漏極電壓,夾斷點繼續左移,空間電荷區進一步增大,此時漏極電流不再隨漏極電壓升高而升高,MOS飽和了。
注意,出現夾斷并不是沒有電流了,電子也能夠越過夾斷點進入空間電荷區,被空間電荷區的電場加速,最后被漏極吸收。
以下是2N7002P的特性曲線,以Vgs=3.5V為例,此時MOS管處于紅色區間內,漏極電流不再隨Vds增大而增大,MOS管飽和了。
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