mos場效應(yīng)管的原理和應(yīng)用優(yōu)勢

• 來源：宇芯電子 更新時間：2020-03-19 14:41:02點擊：6次

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  mos場效應(yīng)管的原理和應(yīng)用優(yōu)勢

  
  

  一、mos場效應(yīng)管的定義

          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，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

   

  二、mos場效應(yīng)管的工作原理（以N溝道增強型為例）

  
  

  

  
  

          （1）VGS=0時，不管VDS極性如何，其中總有一個PN結(jié)反偏，所以不存在導(dǎo)電溝道。

          VGS=0，ID=0

          VGS必須大于0

          管子才能工作。

  
  

  

  
  

          （2）VGS》0時，在Sio2介質(zhì)中產(chǎn)生一個垂直于半導(dǎo)體表面的電場，排斥P區(qū)多子空穴而吸引少子電子。當(dāng)VGS達到一定值時P區(qū)表面將形成反型層把兩側(cè)的N區(qū)溝通，形成導(dǎo)電溝道。

          VGS》0→g吸引電子→反型層→導(dǎo)電溝道

          VGS↑→反型層變厚→VDS↑→ID↑

          （3）VGS≥VT時而VDS較小時：

          VDS↑→ID↑

  
  

  

  
  

          VT：開啟電壓，在VDS作

          用下開始導(dǎo)電時的VGS°

          VT=VGS—VDS

  
  

  

  
  

          （4）VGS》0且VDS增大到一定值后，靠近漏極的溝道被夾斷，形成夾斷區(qū)。

  VDS↑→ID不變

   

  三、mos場效應(yīng)管的應(yīng)用領(lǐng)域

  1：工業(yè)領(lǐng)域、步進馬達驅(qū)動、電鉆工具、工業(yè)開關(guān)電源

  2：新能源領(lǐng)域、光伏逆變、充電樁、無人機

  3：交通運輸領(lǐng)域、車載逆變器、汽車HID安定器、電動自行車

  4：綠色照明領(lǐng)域、CCFL節(jié)能燈、LED照明電源、金鹵燈鎮(zhèn)流器

  
  

  四、mos場效應(yīng)管的優(yōu)勢

          1、場效應(yīng)晶體管是電壓控制元件，而雙極結(jié)型晶體管是電流控制元件。在只允許從取較少電流的情況下，應(yīng)選用場效應(yīng)管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應(yīng)選用雙極晶體管。

          2、有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比雙極晶體管好。

          3、場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而雙極結(jié)型晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。因此被稱之為雙極型器件。

          4、場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

          MOSFET在1960年由貝爾實驗室（Bell Lab.）的D. Kahng和 Martin Atalla首次實作成功，這種元件的操作原理和1947年蕭克萊（William Shockley）等人發(fā)明的雙載流子結(jié)型晶體管（Bipolar Junction Transistor,BJT）截然不同，且因為制造成本低廉與使用面積較小、高整合度的優(yōu)勢，在大型集成電路（Large-Scale Integrated Circuits,LSI）或是超大型集成電路（Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI）的領(lǐng)域里，重要性遠超過BJT。

          由于MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位信號處理的場合上，也有越來越多模擬信號處理的集成電路可以用MOSFET來實現(xiàn)，以下分別介紹這些應(yīng)用。

   

  五、mos場效應(yīng)管操作原理

          MOSFET的核心：金屬—氧化層—半導(dǎo)體電容

          金屬—氧化層—半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)MOSFET在結(jié)構(gòu)上以一個金屬—氧化層—半導(dǎo)體的電容為核心（如前所述，今日的MOSFET多半以多晶硅取代金屬作為其柵極材料），氧化層的材料多半是二氧化硅，其下是作為基極的硅，而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結(jié)構(gòu)正好等于一個電容器（capacitor），氧化層扮演電容器中介電質(zhì)（dielectric material）的角色，而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(shù)（dielectric constant）來決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個端點。

          當(dāng)一個電壓施加在MOS電容的兩端時，半導(dǎo)體的電荷分布也會跟著改變?？紤]一個P型的半導(dǎo)體（空穴濃度為NA）形成的MOS電容，當(dāng)一個正的電壓VGB施加在柵極與基極端（如圖）時，空穴的濃度會減少，電子的濃度會增加。當(dāng)VGB夠強時，接近柵極端的電子濃度會超過空穴。這個在P型半導(dǎo)體中，電子濃度（帶負電荷）超過空穴（帶正電荷）濃度的區(qū)域，便是所謂的反轉(zhuǎn)層（inversion layer）。

          MOS電容的特性決定了MOSFET的操作特性，但是一個完整的MOSFET結(jié)構(gòu)還需要一個提供多數(shù)載流子（majority carrier）的源極以及接受這些多數(shù)載流子的漏極。

  
  

  
  

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