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增强型MOS管结构与工作原理

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一、增强型MOS管结构

1.增强型MOS管结构

①以低掺杂的P型硅片为衬底。

利用扩散工艺制作成两个高掺杂的N+区,并引出两个电极,分别为源极s和漏极d。

③在半导体上制作一层SiO2绝缘层,在SiO2上制作一层金属铝,引出电极,作为栅极g。

④通常将栅极与衬底连接在一起,这样衬底与栅极之间就形成电容,当栅极与源极之间电压变化时,将改变衬底靠近绝缘层出的感应电荷的多少,从而控制漏极电流大小。


2.两种增强型MOS管



二、工作原理

1.Ugs电压对导电沟道的控制

①当Uds=0,且Ugs=0时,源极与漏极之间只是背向的PN结,不存在导电沟道,此时即使Uds>0,也不厚有漏极电流。

②当Uds=0,且Ugs>0,由于有SiO2存在,栅极电流为零。由于Ugs>0,所以栅极金属层将聚集正电荷,从而排斥P型衬底栅极一侧的空穴,且吸引自由电子靠近栅极一层。栅极一侧将产生不能移动的负离子区,形成耗尽层。



③当Uds=0,且Ugs继续增大,一方面耗尽层将变宽,另一方面将衬底的自由电子吸引到栅极与耗尽层之间 ,形成N型导电薄层,这里的负电荷数量远大于空穴数量(类似N型半导体)。在P型半导体上出现N型半导体,所以将N型导电薄层称为反型层而反型层就构成DS之间的导电沟道。 

Ugs越大,反型层越厚,导电沟道电阻越小。



2.Uds电压对漏极电流Id的影响(Ugs>Ugs(th)>0)

①Uds=0,此时漏极导电沟道与源极一样,但是由于漏-源之间电压为0,所以漏极电流Id=0。



②Uds从0逐渐增大 由于Ugd=Ugs-Uds,当源-漏之间开始加压时,Ugd电压将会下降,从而导致漏极处的导电沟道变窄。

此时,只要沟道不夹断,沟道电阻不变,沟道电阻受Ugs控制。输出电流Id与Uds的电压呈现线性关系,源-漏极之间呈现电阻特性。



③当Uds=Ugs-Ugs(th)

因为Ugd=Ugs-Uds

       Ugd=Ugs-[Ugs-Ugs(th)]

       Ugd=Ugs(th)

(Ugs(th)为沟道开启电压,当Ugd=Ugs(th)时,漏极导电沟道开始预夹断)



当Uds>Ugs-Ugs(th),漏极夹断区逐渐加长。


⑤Uds对漏极电流Id的影响


N沟道增强型MOS管可以实现:输入电压Ugs对输出电流id的控制


三、总结:

1.截止区

两断截止,无导电沟道

Ugs<Ugs(th)

Ugd小于Ugs(th)

2.电阻区

两通阻,沟道开启,如输出曲线的可变电阻区 ,虽然称为可变电阻区,只要Ugs电压不变,沟道电阻不变;对应不同Ugs,导电沟道有不同的电阻,所以称为可变电阻区。

3.预夹断

导电沟道开始预夹断。如输出曲线的预夹断轨迹

4.恒流区

漏极导电沟道夹断,源极导电沟道开通。如输出曲线恒流区。

两断截止,两通阻,一断一通时恒流。