MOSFET即金氧半场效晶体管(Metal-OxIde-SemiconductorField-Effect Transistor, MOSFET)。MOSFET的栅极与管子其它部分绝缘,靠栅源极间电场来控制载流子的运动,它是一种压控型晶体管。

不多说,上图举栗子:N-MOS管图解[思考]

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(1)

MOS管是 以P型硅片作为衬底,并使用扩散工艺制作两个高浓度的N型半导体区域,在两个N型半导体区域上引出两个欧姆接触电极,即源极(S极)、漏极(D极)。在S、 D之间的衬底表面覆盖一层 二氧化硅(绝缘),二氧化硅层上沉积出金属铝层并引出电极,即栅极(G极),G极和其它各电极之间是相互绝缘的。故称为绝缘栅型场效应管。在最底层的金属衬底上引出另外一个电极,即背面栅极(B极),它主要用于在集成IC中生成隔离岛。

N-MOS工作原理[思考]

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(2)

若Ugs等于零,则MOS管等效为一个共阳极二极管,B是公共阳极,S、 D分别为两个阴极,即MOS管处于截止状态。当B极与S极短接,同时给G、 S之间加上正电压时,Ugs 被施加到衬底与G极之间,会产生一个与衬底表面垂直的电场。当Ugs超过某一界定值之后,较多的电子就会被吸引到P型硅的表面,在两个N 岛间形成导电的N沟道。当D极、S极之间施加正电压时,PN结反向截止。所以漏区、源区、N沟道区下面存在一层耗尽区,把它们与背栅衬底隔离开。

一、N沟道增强型MOS管分析

N沟道增强型MOS管的输出特性曲线

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(3)

结论:

在恒流区内,Id受控于Ugs,N沟道增强型MOS管存在有可变电阻区、恒区、截止区。(不再仔细分析,不懂可以翻翻模电了[狗头][狗头])

沟道增强型MOS管的转移特性曲线

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(4)

结论:

1、当0<Ugs<U时,Id=0, 虽然Ug>0,但栅极电流为零。

2、当Ug>U时,导电沟道建立,Id>0,外加的Ug压越大,沟道越宽,沟道电阻越小,Id越大, MOS管处于导通。且有:

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(5)

二、N沟道耗尽型MOS管分析

耗尽型MOS管在制造过程中,在二氧化硅绝缘层中存在大量正离子并形成了一个正电中心,因此产生了指向P型硅表面的垂直电场,当在Ug=0时,D、S之间形成N沟道;当Ugs>0时并且逐渐增大时,导电沟道也逐渐加宽,当Ugs<0时, 正电中心形成的垂直电场被抵消,导电沟道消失,此时Ugs定义为夹断电压。

N沟道耗尽型MOS管的输出特性曲线

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(6)

N沟道耗尽型MOS管的转移特性曲线

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(7)

VMOS管具有高输入阻抗、低驱动电流;开关速度快、高频特性好;负电流温度系数、无热恶性循环,热稳定型优良;安全工作区域大,若设计偏置合理,则可避免二次击穿。

三、VVMOS管分析[思考]

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(8)

VVMOS管的结构是在N 衬底的N-外延层上,先后进行P型区N 型区两次扩散,再利用晶体硅的各向异性刻蚀技术,造出V型槽,槽的开口深度由开口宽度决定,沟道长度由扩散的深度差决定,因此该结构一次改变 了MOS管的电流方向,电流从N 源极出发,经过沟道,流到N-漂移区,最后垂直地流向漏极。

四、VDMOS管分析

nmos工作原理(NMOS与VMOS要这样去理解)(9)

VDMOS管主要应用在大功率场合。VDMOS的意思是垂直导电双扩散结构, 它利用两次扩散形成的P型区和N 型区,在硅片表面处的结深度之差形成导电沟道。电流在沟道内沿表面流动,然后垂直地被漏极接收。 若在P型区做金属欧姆接触电极,则构成双极型NPN晶体管;但在实际攻城上,P区并不直接引出电极,而是形成一个MOS栅结构。

①栅极为零偏压时,Id被P型体区阻隔,Uds加在P_N-反向结上,MOS管处于阻断状态。

②当栅极正偏压大于阈值电压时,沟道由P型变成N 区型为Id的电流提供电流通道,器件处于导通状态。

若依靠N 型沟道来导电,则称为N沟道VDMOS管;若将各个半导体层型全部更换对称反型,即可得到P沟道VDMOS管。

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