n沟道mos管原理，nmos工作条件详解

n沟道mos管原理，nmos工作条件详解

NMOS（n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管）是电子工程领域中一种重要的功率控制器件。本文将详细介绍NMOS的工作原理及其工作条件，帮助读者深入了解这一关键元件的运行机制。

NMOS的基本结构

NMOS管通常用于大功率设备，如电机驱动、开关电源和逆变器等。其工作原理基于电压型驱动方式，通过小电压控制大电压，使用起来非常方便。

NMOS的工作原理

NMOS管的工作原理主要依赖于mos电容，它是源极和漏极之间的氧化层下方的半导体表面。通过施加正栅极电压或负栅极电压，可以将p型半导体反转为n型。

当漏源电压（VDS）连接在漏极和源极之间时，正电压施加到漏极，负电压施加到源极。此时，漏极的Pn结是反向偏置的，而源极的Pn结是正向偏置的。在这个阶段，漏极和源极之间不会有任何电流流动。

如果在栅极端子施加正电压(VGG)，由于静电引力，P衬底中的少数电荷载流子（电子）将开始积聚在栅极触点上，从而在两个n+区域之间形成导电桥。栅极接触处积累的自由电子数量取决于施加的正电压强度。施加的电压越高，形成的n沟道宽度越大，这最终会增加电导率，并且漏极电流(ID)将开始在源极和漏极之间流动。

当没有电压施加到栅极端子时，除了由于少数电荷载流子而产生的少量电流外，不会有任何电流流动。NMOS管开始导通的最小电压称为阈值电压。

NMOS的结构细节

取一个轻掺杂的P型衬底，其中扩散了两个重掺杂的n型区域，作为源极和漏极。在这两个n+区域之间，发生扩散以形成n沟道，连接漏极和源极。在整个表面上生长一层薄薄的二氧化硅(SiO2)，并制作孔以绘制用于漏极和源极端子的欧姆接触。铝的导电层覆盖在整个通道上，在这个SiO2层上，从源极到漏极，构成栅极。SiO2衬底连接到公共或接地端子。

由于其结构，NMOS管的芯片面积比BJT小得多，与双极结型晶体管相比，其占用率仅为5%。

NMOS的工作原理（耗尽型）

在耗尽型NMOS管中，栅极端应为负电位，漏极为正电位。当栅极和源极之间没有施加电压时，由于漏极和源极之间的电压，一些电流会流动。让一些负电压施加在VGG上。然后少数载流子即空穴被吸引并在SiO2层附近沉降。但是多数载流子，即电子被排斥。

在VGG处具有一定量的负电位时，一定量的漏极电流ID流过源极到漏极。当这个负电位进一步增加时，电子被耗尽，电流ID减小。因此，施加的VGG越负，漏极电流ID的值就越小。靠近漏极的通道比源极（如FET）消耗得更多，并且由于这种效应，电流会减少。

NMOS的工作原理（增强型）

如果改变电压VGG的极性，相同的NMOS管可以在增强模式下工作。因此，我们考虑栅极源极电压VGG为正的NMOS管。

当栅极和源极之间没有施加电压时，由于漏极和源极之间的电压，一些电流会流动。让一些正电压施加在VGG上。然后少数载流子即空穴被排斥而多数载流子即电子被吸引向SiO2层。

在VGG处具有一定量的正电位时，一定量的漏极电流ID流过源极到漏极。当该正电位进一步增加时，电流ID由于来自源极的电子流动而增加，并且由于施加在VGG的电压而进一步推动这些电流。因此，施加的VGG越正，漏极电流ID的值就越大。由于电子流的增加比耗尽模式更好，电流得到增强。因此，这种模式被称为增强模式NMOS管。

NMOS的工作条件

1. 导通条件：NMOS管的导通条件是栅极电压（Vg）高于源极电压（Vs），且二者之间的压差（Vgs)大于阈值电压（Vgs（th))。即当[Vg-Vs>Vgs（th)]时，NMOS管的栅极下方会形成反型层（n型沟道），使得源极和漏极之间导通。

2. 导通特性：NMOS管在导通后，相当于一个开关闭合，压降几乎为0。虽然导通压降几乎为O，但会有一个内阻RDSon。此外，GS极之间是一个电容，只有电容充满电后mos才会导通。一般的mos管DS极之间会自带一个肖特基二极管，增强mos的性能。

3. 截止条件：要让NMOS管截止（断开），只需取消掉栅极电压即可。但是要注意，必须想办法给GS间那个电容放电（并联一个电阻）。