增强型MOS管的工作原理：【图文讲解】
增强型MOS管的工作原理：【图文讲解】
尽管MOS管和三极管都来自于PN结。但其工作原理有很大的不同，所以有必要对MOS管的工作原理做进一步介绍。这里我们以增强型NMOS管为例。
增强型：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。即：增强型MOS管必须使得VGS>VGS (th) (栅极阈值电压)能导通。
耗尽型：当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。即：耗尽型MOS管的VGS (栅极电压)可以用正、零负电压控制导通。
1：增强型MOS管结构
- 以低掺杂的P型硅片为衬底
- 利用扩散工艺制作成两个高掺杂的N+区，并引出两个电极，分别为源极s和漏极d
- 在半导体上制作一层SiO2绝缘层，在SiO2上制作一层金属铝，引出电极，作为栅极g
- 通常将源极与衬底连接在一起，这样衬底与栅极之间就形成电容，当栅极与源极之间电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层出的感应电荷的多少，从而控制漏极电流大小
2：NMOS PN结内部电场
由PN结的特性可知，在稳态的情况下，在PN结内形成内部电场，方向由N型，指向P型，如下图所示（紫色部分为内部电场）：
3：导电沟道的形成
如果把源极(S)和基底(P型)接地，此时PN结的内部电场依然维持。此时如果在栅极(G)和源极(S)之间加正电压，由于在栅极(G)和基底(P型)之间的二氧化硅绝缘层很薄，因此相当于在在栅极(G)和基底(P型)形成的电容上加正电压，在基底(P型)靠近绝缘层一侧的表面则感应出负电荷来。如下图所示：
当Vgs逐渐加大，在基底(P型)靠近绝缘层一侧的表面则感应出更多的负电荷-出来。当等于某一临界值Vt时，就在基底(P型)靠近绝缘层一侧的表面形成一个N型层（又称反型层，相对于基底P型），从而把源极(S)和漏极(D)连接起来。如下图所示：
我们把这个反型层叫做导电沟道。把开始形成导电沟道所需要的栅源电压叫做开启电压，并用Vgs表示。随着Vgs的继续增加，导电沟道也相应的加宽，因为导电沟道是N型的，所以把这种MOS管称为N沟道MOS管。其符号如下：
4：工作原理
当Uds=0,且Ugs=0时，源极与漏极之间只是背向的PN结，不存在导电沟道，此时即使Uds＞0，也不厚有漏极电流
当Uds=0,且Ugs＞0，由于有SiO2存在，栅极电流为零。由于Ugs＞0，所以栅极金属层将聚集正电荷，从而排斥P型衬底栅极一侧的空穴，且吸引自由电子靠近栅极一则。栅极一侧将产生不能移动的负离子区，形成耗尽层
当Uds=0,且Ugs继续增大，一方面耗尽层将变宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到栅极与耗尽层之间 ，形成N型导电薄层，这里的负电荷数量远大于空穴数量(类似N型半导体)。在P型半导体上出现N型半导体，所以将N型导电薄层称为反型层。而反型层就构成DS之间的导电沟道，Ugs越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。