电源mos管工作原理动画(mos管工作原理电路图)

绝缘FET的栅极和源极、栅极和漏极都被SiO2绝缘层隔离，因此得名。因为栅极是铝的，所以也叫MOS管。其栅源间的电阻远大于结型场效应晶体管，可达1010以上，因其温度稳定性更好，集成时温度更简单，广泛应用于大规模和超大规模集成电路中。
与结型场效应晶体管类似，MOS晶体管也有两种，分别是N沟道和P沟道，但每一种又分为增强型和耗尽型。因此，四种类型的MOS晶体管是N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型和P沟道耗尽型。所有栅源电压UGS为零时漏电流为零的管都属于增强型管，所有栅源电压UGS为零时漏电流为零的管都属于耗尽型管。
根据导通模式的不同，MOSFET分为增强型和耗尽型。所谓增强模式，就是当VGS=0时，管被关断，加上正确的VGS后，大部分载流子被吸引到栅极，从而“增强”这个区域的载流子，形成导电沟道。
基本上N沟道增强型MOSFET是对称拓扑，在P型半导体上形成SiO2薄膜绝缘层，然后通过光刻扩散两个高掺杂N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极s，在源漏之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极g。
当VGS=0 V时，漏极和源极之间有两个背靠背的二极管。在D和S之间施加电压不会在D和S之间形成电流。
当向栅极施加电压时，如果0 & ltVGS &ltVGS (TH)，靠近栅极的P型半导体中的多空穴会被栅极和衬底之间形成的电容电场向下排斥，出现一层很薄的负离子耗尽层。同时会吸引少数载流子向表面移动，但数量有限，不足以形成导电沟道，沟通漏极和源极，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加VGS，当VGSVGS(th) (VGS(th)称为导通电压)时，由于此时的栅极电压已经比较强，更多的电子聚集在靠近栅极底部的P型半导体表层，可以形成一个沟道来连通漏极和源极。如果此时施加漏极-源极电压，可以形成漏极电流ID。在栅极下形成的导电沟道中的电子被称为反型层，因为它们具有与P型半导体的载流子空穴相反的极性。随着VGS的不断增加，ID也将不断增加。当VGS=0V，ID=0，并且只有在VGSVGS(th)之后，才会出现漏极电流。因此，这种MOS晶体管被称为增强型MOS晶体管。
VGS和漏极电流之间的控制关系可以用曲线iD=f(VGS(th))|VDS=const来描述，这就是所谓的转移特性曲线。MOS管工作原理的动画如图1所示。
转移曲线的斜率gm反映了栅源电压对漏电流的控制作用。gm的量纲是mA/V，所以gm也叫跨导。跨导。
图一。传递特性曲线
MOS管工作原理动画2-54 (a)是N沟道增强型MOS管的工作原理动画，其电路符号如图2-54 (b)所示。该方法以低掺杂浓度的P型硅片为衬底，通过扩散技术在衬底上扩散两个高掺杂浓度的N型区(用N表示)，从N型区引出两个欧姆接触电极，分别称为源电极(用S表示)和漏电极(用D表示)。在源区和漏区之间的衬底表面覆盖二氧化硅(SiO2)绝缘层，在绝缘层上沉积金属铝层，引出电极作为栅极(用G表示)。从衬底引出的欧姆接触电极称为衬底电极(用B表示)。因为栅极与其他电极绝缘，所以称为绝缘栅FET。MOS管的工作原理如图2-54 (a)所示。l是沟道长度，W是沟道宽度。
图2-54
对于图2-54所示的MOSFET，当栅极G和源极S之间没有施加电压时
当衬底B与源极S短接，在栅极G和源极S之间加正电压(UGS0)时，MOS管的工作原理如图2-55 (a)所示，在栅极和衬底之间产生一个从栅极到衬底的电场。在这个电场的作用下，P衬底表面附近的空穴被排斥，会向下移动，电子被电场吸引，向衬底表面移动，在那里与衬底表面的空穴复合，形成耗尽层。如果进一步提高UGS电压，当UGS达到一定电压UT时，P衬底表层的所有空穴都会被排斥耗尽，而大量的自由电子会被吸引到表层，从量变到质变，表层变成自由电子很多的N型层，称为“反型层”。MOS管的工作原理如图2-55 (b)所示。反型层连接漏极D和源极S的两个N型区域，在漏极和源极之间形成N型导电沟道。开始形成导电沟道所需的UGS值被称为阈值电压或导通电压，用UT表示。显然，只有在UGS UT时才存在沟道，并且UGS越大，沟道越厚，沟道的导通电阻越小，导电性越强。所以才叫增强版。
在UGS UT的条件下，如果在漏极D和源极S之间施加正电压UDS，电流将在导电沟道中流动。漏极电流从漏极区流向源极区。由于沟道具有一定的电阻，电压沿沟道下降，使得沟道各点的电位沿沟道从漏区到源区逐渐降低。漏区一端附近的电压UGD最小，为UGD=UGS-UDS，对应的沟道最薄。源区附近的电压最大，等于UGS，对应的沟道最厚。因此，通道的厚度不再均匀，并且整个通道是倾斜的。随着UDS的增加，漏极一端附近的沟道越来越薄。
当UDS增大到某个临界值，使得UGDUT时，漏沟道消失，只剩下耗尽层。这种情况称为通道的“预夹断”。MOS管的工作原理如图2-56 (a)所示。继续增加UDS (UDSUGS-UT)并将夹点移至源头。MOS管的工作原理如图2-56 (b)所示。虽然夹点在移动，但沟道区(从源极S到夹点)的电压降保持不变，仍然等于UGS-UT。因此，UDS [UDS-(UGS-UT)]的过剩电压全部下降到夹断区，在夹断区形成强电场。此时，电子沿着沟道从源极流向夹断区。当电子到达夹断区边缘时，由于夹断区的强电场，它们将迅速漂移到漏极。
疲惫型。类型耗尽是指当VGS=0时形成沟道，当加入正确的VGS时，多数载流子可以流出沟道，从而“耗尽”载流子，使电子管截止。
在耗尽型MOSFET的制造过程中，预先在二氧化硅绝缘层中掺杂了大量的正离子。因此，当UGS=0时，这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“诱导”出足够多的电子，形成N型导电沟道。
当UDS0时，将产生更大的漏极电流ID。如果使用UGS0，会削弱正离子形成的电场，使N沟道变窄，从而降低ID。当UGS更负，达到某个值时，通道消失，ID=0。使ID=0的UGS也称为夹断电压，仍然用UP表示。UGSN沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET类似，只是当栅压uGS=0时，N沟道耗尽型MOSFET的沟道已经存在。N沟道在制造过程中通过离子注入预先制造在D和S之间的衬底表面上，称为初始沟道。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如工作原理动画1所示。(一)MOS管。就是栅极下面的二氧化硅绝缘层中掺杂了大量的金属正离子。因此，当VGS=0时，这些正离子已经诱发了反型层并形成了通道。因此，只要有d
因为当uGS=0时，耗尽型MOSFET的漏源之间的沟道已经存在，只要加上uDS，就会有iD环流。如果增加正向栅极电压uGS，栅极和衬底之间的电场将在沟道中感应更多的电子，使沟道更厚，并增加沟道的电导率。
如果在栅极上施加负电压(即uGS0=)，相应的衬底表面会感应出正电荷，这些正电荷会抵消N沟道中的电子，从而在衬底表面产生耗尽层，使沟道变窄，降低沟道电导率。当负栅极电压增加到某个电压Up时，耗尽区扩展到整个沟道，沟道被完全夹断(耗尽)。此时，即使uDS仍然存在，也不会产生漏电流，即iD=0。UP称为夹断电压或阈值电压，其值通常在1V到10V之间。N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2-60 (a)和(b)所示。
在可变电阻区域中，iD与uDS和uGS之间的关系仍然是
在恒流区，iD和uGS之间的关系仍然满足公式(2—81)，即
考虑到uDS的影响，iD可以近似为
对于耗尽型FET，公式(2-84)也可以表示为
其中，IDSS称为uGS=0时的饱和漏电流，其值为
P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只是导电载流子不同，供电电压极性不同。就像双极晶体管有NPN型和PNP型一样。
3个主要参数
(1) DC参数
指夹断电压UGS=UGS(off)、增强型MOS晶体管的导通电压UGS(th)、耗尽型FET的饱和漏极电流IDSS(UGS=0对应的漏极电流)、输入电阻RGS。
(2)低频跨导gm
可以在传递特性曲线上计算Gm，单位为mS(毫西门子)。
(3)最大漏极电流IDM