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MOS (場效應)管的基本知識

2022-03-03 105

隨著社會的進步和發展，MOS管在電子行業的應用越來越廣泛，薩科微電子SLKOR作為能夠研發生產碳化硅SiC產品的“碳化硅專家”，必須來科普一下這方面的知識。

MOS即 MOSFET的簡寫，全稱是金屬氧化物場效應晶體管。就是利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件。MOS管的構造、原理、特性、符號規則和封裝種類等，大致如下。

1、MOS管的構造：

MOS管的構造是在一塊摻雜濃度較低的P型半導體硅襯底上，用半導體光刻、擴散工藝制作兩個高摻雜濃度的 N+區，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導體表面復蓋一層很薄的二氧化硅（Si02）絕緣層膜，在再這個絕緣層膜上裝上一個鋁電極，作為柵極G。這就構成了一個N溝道（NPN 型）增強型MOS管。它的柵極和其它電極間是絕緣的。

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導體硅襯底上，用半導體光刻、擴散工藝制作兩個高摻雜濃度的P+區，及上述相同的柵極制作過程，就制成為一個P溝道（PNP型）增強型MOS管。圖1-1所示（a ）、（b）分別是P溝道MOS管道結構圖和代表符號。

2、MOS 管的工作原理：

從圖1-2-（a）可以看出，增強型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個背靠背的PN結。當柵-源電壓VGS=0 時，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個PN結處于反偏狀態，漏-源極間沒有導電溝道（沒有電流流過），所以這時漏極電流ID=0。此時若在柵-源極間加上正向電壓，圖 1-2-(b)所示，即VGS＞0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產生一個柵極指向P型硅襯底的電場，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓 VGS無法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個電容，VGS等效是對這個電容充電，并形成一個電場，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個從漏極到源極的N型導電溝道，當VGS大于管子的開啟電壓VT（一般約為2V）時，N溝道管開始導通，形成漏極電流ID，我們把開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓，一般用VT表示。控制柵極電壓VGS的大小改變了電場的強弱，就可以達到控制漏極電流 ID的大小的目的，這也是MOS管用電場來控制電流的一個重要特點，所以也稱之為場效應管。

3、MOS 管的特性：

上述MOS管的工作原理中可以看出，MOS管的柵極G和源極S之間是絕緣的，由于SiO2絕緣層的存在，在柵極G和源極S之間等效是一個電容存在，電壓VGS產生電場從而導致源極-漏極電流的產生。此時的柵極電壓VGS決定了漏極電流的大小，控制柵極電壓VGS的大小就可以控制漏極電流ID的大小。這就可以得出如下結論：

1） MOS 管是一個由改變電壓來控制電流的器件，所以是電壓器件。

2） MOS 管道輸入特性為容性特性，所以輸入阻抗極高。

4、MOS 管的電壓極性和符號規則：

圖1-4-（a）是N溝道MOS管的符號，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是 P溝道的MOS管。

實際在MOS管生產的過程中襯底在出廠前就和源極連接，所以在符號的規則中，表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區別漏極和源極。圖1-4-（c）是P溝道MOS管的符號。MOS管應用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負極，柵極G正電壓時導電溝道建立，N溝道MOS管開始工作,如圖1-4-（b）所示。同樣P道的類似PNP晶體三極管，漏極D接負極，源極S接正極，柵極G負電壓時，導電溝道建立，P溝道MOS管開始工作,如圖1-4-（d）所示。