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  • 怎么判斷MOS管的工作狀態(tài)
    • 發(fā)布時(shí)間:2024-07-24 19:28:22
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    怎么判斷MOS管的工作狀態(tài)
    MOS管的工作狀態(tài)一共有兩種:增強(qiáng)型和耗盡型兩類又有N溝道和P溝道之分。
    MOS管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對(duì)調(diào)的,他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下,這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的,即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。
    如何判斷mos管工作狀態(tài)-N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管
    1. VGS對(duì)ID及溝道的控制作用
    ① VGS=0 的情況
    從圖1(a)可以看出,增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵——源電壓VGS=0時(shí),即使加上漏——源電壓VDS,而且不論VDS的極性如何,總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài),漏——源極間沒有導(dǎo)電溝道,所以這時(shí)漏極電流ID≈0。
    ② VGS>0 的情況
    若VGS>0,則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)電場。電場方向垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場。這個(gè)電場能排斥空穴而吸引電子。
    排斥空穴:使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥,剩下不能移動(dòng)的受主離子(負(fù)離子),形成耗盡層。吸引電子:將 P型襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表面。
    2. 導(dǎo)電溝道的形成:
    當(dāng)VGS數(shù)值較小,吸引電子的能力不強(qiáng)時(shí),漏——源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn),如圖1(b)所示。VGS增加時(shí),吸引到P襯底表面層的電子就增多,當(dāng)VGS達(dá)到某一數(shù)值時(shí),這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個(gè)N型薄層,且與兩個(gè)N+區(qū)相連通,在漏——源極間形成N型導(dǎo)電溝道,其導(dǎo)電類型與P襯底相反,故又稱為反型層,如圖1(c)所示。VGS越大,作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng),吸引到P襯底表面的電子就越多,導(dǎo)電溝道越厚,溝道電阻越小。
    開始形成溝道時(shí)的柵——源極電壓稱為開啟電壓,用VT表示。
    上面討論的N溝道MOS管在VGS<VT時(shí),不能形成導(dǎo)電溝道,管子處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)VGS≥VT時(shí),才有溝道形成。這種必須在VGS≥VT時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道的MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。溝道形成以后,在漏——源極間加上正向電壓VDS,就有漏極電流產(chǎn)生。
    MOS管的工作狀態(tài)
    VDS對(duì)ID的影響
    如圖(a)所示,當(dāng)VGS>VT且為一確定值時(shí),漏——源電壓VDS對(duì)導(dǎo)電溝道及電流ID的影響與結(jié)型場效應(yīng)管相似。
    漏極電流ID沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等,靠近源極一端的電壓最大,這里溝道最厚,而漏極一端電壓最小,其值為VGD=VGS-VDS,因而這里溝道最薄。但當(dāng)VDS較?。╒DS)
    隨著VDS的增大,靠近漏極的溝道越來越薄,當(dāng)VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VT(或VDS=VGS-VT)時(shí),溝道在漏極一端出現(xiàn)預(yù)夾斷,如圖2(b)所示。再繼續(xù)增大VDS,夾斷點(diǎn)將向源極方向移動(dòng),如圖2(c)所示。由于VDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū),故ID幾乎不隨VDS增大而增加,管子進(jìn)入飽和區(qū),ID幾乎僅由VGS決定。
    如何判斷mos管工作狀態(tài)-N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管
    MOS管的工作狀態(tài)
    (1)結(jié)構(gòu):N溝道耗盡型MOS管與N溝道增強(qiáng)型MOS管基本相似。
    (2)區(qū)別:耗盡型MOS管在VGS=0時(shí),漏——源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生,而增強(qiáng)型MOS管要在VGS≥VT時(shí)才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。
    (3)原因:制造N溝道耗盡型MOS管時(shí),在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+(制造P溝道耗盡型MOS管時(shí)摻入負(fù)離子),如圖1(a)所示,因此即使VGS=0時(shí),在這些正離子產(chǎn)生的電場作用下,漏——源極間的P型襯底表面也能感應(yīng)生成N溝道(稱為初始溝道),只要加上正向電壓VDS,就有電流ID。
     
    如果加上正的VGS,柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子,溝道加寬,溝道電阻變小,ID增大。反之VGS為負(fù)時(shí),溝道中感應(yīng)的電子減少,溝道變窄,溝道電阻變大,ID減小。當(dāng)VGS負(fù)向增加到某一數(shù)值時(shí),導(dǎo)電溝道消失,ID趨于零,管子截止,故稱為耗盡型。溝道消失時(shí)的柵-源電壓稱為夾斷電壓,仍用VP表示。與N溝道結(jié)型場效應(yīng)管相同,N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP也為負(fù)值,但是,前者只能在VGS<0的情況下工作。而后者在VGS=0,VGS>0。
    N溝道增強(qiáng)型MOS管MOS管曲線和電流方程
    MOS管的工作狀態(tài)
    輸出特性曲線
    N溝道增強(qiáng)型MOS管的輸出特性曲線如圖1(a)所示。與結(jié)型場效應(yīng)管一樣,其輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)幾部分。轉(zhuǎn)移特性曲線
    轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1(b)所示,由于場效應(yīng)管作放大器件使用時(shí)是工作在飽和區(qū)(恒流區(qū)),此時(shí)iD幾乎不隨vDS而變化,即不同的vDS所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎是重合的,所以可用VDS大于某一數(shù)值(VDS>VGS-VT)后的一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替飽和區(qū)的所有轉(zhuǎn)移特性曲線.?ID與VGS的近似關(guān)系。
    與結(jié)型場效應(yīng)管相類似。在飽和區(qū)內(nèi),ID與VGS的近似關(guān)系式為:
    MOS管的工作狀態(tài)
    P溝道耗盡型MOS管
    P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同,只不過導(dǎo)電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。
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