MOS的基礎知識

2022-03-03 358

隨著社會的進步與發展，MOS管在電子產業的應用越來越廣泛。作為能開發碳化矽產品的“碳化矽專家”，薩克微科 SLKOR 在這方面必須要科學。

MOS是MOSFET的縮寫，全名為金屬氧化物場效電晶體（Metal Oxide Field Effect Transistor）。它是一種利用輸入迴路電場效應來控制輸出迴路電流的半導體元件。 MOS管的結構、原理、特性、符號規則及封裝類型大致如下。

1、MOS管的結構：

MOS管的結構是利用半導體光刻及擴散技術在低摻雜濃度的P型半導體矽基板上做出兩個高摻雜濃度的N+區，並以金屬鋁引出兩個電極，分別作為汲極。極D和源極S。然後在汲極和源極之間的P型半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化矽（SiO2）絕緣膜，並在這層絕緣膜上安裝鋁電極作為閘極G。這樣就構成了一個N通道（NPN型）增強型MOS管。其柵極與其他電極是絕緣的。

同上，在低摻雜濃度的N型半導體矽基板上，利用半導體光刻、擴散製程製作兩個高摻雜濃度的P+區，並採用與上述相同的閘極製作製程。做成P溝道（PNP型）增強型MOS管。圖1-1所示（a）、（b）分別是P通道MOS管路的結構圖、代表符號。

2、MOS管的工作原理：

從圖1-2-(a)可以看出，增強型MOS管的汲極D和源極S之間有兩個背靠背的PN接面。當閘極源電壓VGS=0時，即使加上漏電源電壓VDS，由於總是有一個PN接面處於反偏狀態，漏源間沒有導電通道（無電流流過），所以此時漏極電流ID=0。此時若在閘極與源極之間加上正向電壓，如圖1-2-(b)所示，即VGS>0，則在閘極與矽基板之間的SiO2絕緣層中將產生閘極。指向P型矽基板的電場，由於氧化層是絕緣的，加在閘極上的電壓VGS無法形成電流，在氧化層兩側形成電容。 VGS相當於為這個電容充電，形成一個電場，隨著VGS逐漸增大，受到正閘極電壓的吸引，大量電子聚集在這個電容的另一邊，形成從汲極到源極的N型導電通道。當VGS大於管子的導通電壓VT（一般約2V）時，N通道管開始導通，形成汲極電流ID。我們把通道開始形成時的柵極源極電壓稱為導通電壓，一般都用VT表示。控制閘極電壓VGS的大小，改變電場的強度，從而達到控制汲極電流ID大小的目的。

3、MOS管特性：

從上述MOS管的工作原理可以看出，MOS管的閘極G和源極S是絕緣的。由於SiO2絕緣層的存在，閘極G與源極S之間存在等效電容，電壓VGS產生電場，導致源漏電流的產生。此時的閘極電壓VGS決定了汲極電流的大小，透過控制閘極電壓VGS的大小可以控制汲極電流ID的大小。由此得出以下結論：

1）MOS管是透過改變電壓來控制電流的元件，所以它是電壓元件。

2）MOS管路的輸入特性為容性，因此輸入阻抗極高。

4.MOS管的電壓極性及符號規則：

圖1-4-(a)是N通道MOS電晶體的符號。圖中D為汲極，S為源極，G為閘極，中間的箭頭表示基板。如果箭頭向內，表示是N通道MOS管，箭頭向外就表示是P通道MOS管。

實際上，MOS管在生產過程中，出廠前基板是與源極相連的，因此在符號的規則中，代表基板的箭頭也必須與源極相連，以區別汲極和源極。圖1-4-(c)為P溝道MOS電晶體的符號。 MOS管施加電壓的極性和我們普通的三極管是一樣的，N通道類似NPN三極管，汲極D接正極，源極S接負極，閘極G加正電壓時建立導電通道，N通道導通。 MOS管開始工作，如圖1-4-(b)所示。同樣P通道三極管與PNP三極體類似，汲極D接負極，源極S接正極，閘極G帶負電，導電通道建立，P溝道MOS管開始工作，如圖1-4-(d)所示。