mos管的结构图
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。在这里,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。
如果我们将正电压 (VGG ) 施加到栅极端子,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。
在栅极接触处积累的自由电子的数量取决于施加的正电压的强度。施加的电压越高,由于电子积累而形成的 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。mos管开始导通的最小电压称为阈值电压。
N沟道mos管的构造
以N 沟道 mos管为例子来了解mos管工作原理。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。
N沟道mos管的构造图
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。SiO 2衬底连接到公共或接地端子。
由于其结构,mos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%。
N沟道mos管(耗尽型)的工作原理
首先,我们认为在栅极和沟道之间不存在 PN 结。我们可以观察到,扩散沟道N(两个N 区域之间)、绝缘介质SiO 2和栅极的铝金属层共同形成了一个平行板电容器。
如果 Nmos管必须工作在耗尽模式,则栅极端应为负电位,漏极为正电位,如下图所示。
mos管在耗尽模式下的工作原理图
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。
N沟道mos管的工作原理(增强型)
如果我们可以改变电压VGG的极性,相同的mos管可以在增强模式下工作。因此,我们考虑栅极源极电压V GG为正的mos管,如下图所示。
mos管在增强模式下工作原理图
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SiO 2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mos管。
P - 沟道 mos管的构造(耗尽型)
Pmos管的构造和工作与 Nmos管相同。取一个轻掺杂的n-衬底,其中扩散了两个重掺杂的P 区。这两个 P 区域用作源极和漏极。在表面上生长一层薄薄的SiO 2 。通过该层切割孔以与 P 区域接触,如下图所示。