MOS管結(jié)構(gòu)|MOS管的IVcure解析分享-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-11-23
以N溝道橫向MOS管為例，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型半導(dǎo)體表面有一層薄膜氧化膜，氧化膜上再鍍一層金屬膜。在這層金屬膜上施加一個(gè)正向電壓。進(jìn)一步再添加兩個(gè)n+區(qū)域分別作為源區(qū)和漏區(qū)。這樣我們就有了下面這個(gè)示意圖。
MOS管一般有三個(gè)級，分別是Source源極，Drain漏級和Gate柵極。
如果在同一個(gè)N型襯底上同時(shí)制造P溝道MOS管和N溝道MOS管（N溝道MOS管制作在P阱內(nèi)），這就構(gòu)成了CMOS。
MOS管按照溝道中載流子類型分為N溝MOS晶體管和P溝道MOS晶體管。其中N溝道MOS晶體管是襯底為P型，源漏為重?fù)诫s的N=，溝道中載流子為電子；P溝MOS晶體管是襯底為N型，源漏為重?fù)?/span>雜的P+，溝道中載流子為空穴。在正常情況下，只有一種類型的載流子在工作，引出也稱其單極晶體管。
按工作模式分增強(qiáng)型晶體管和耗盡型晶體管。增強(qiáng)型晶體管是指若在零柵壓下不存在漏源導(dǎo)電溝道，為了形成導(dǎo)電溝道，需要施加一定的柵壓，也就是說溝道要通過“增強(qiáng)”才能導(dǎo)通；
而耗盡型晶體管是指器件本身在漏源之間就存在導(dǎo)電溝道，即使在零柵壓下器件也是導(dǎo)通的。若要使器件截止，就必須施加?xùn)艍菏箿系篮谋M。
按功率分為小信號管和功率管。其中小信號管一般是指耗盡型場效應(yīng)管，主要用于信號電路的控制；功率管一般是指增強(qiáng)型的場效應(yīng)管，只要在電力開關(guān)電路，驅(qū)動(dòng)電路等。
MOS管的IVCurve如下圖所示：
其主要分為4個(gè)區(qū)域，分別為線性區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。
MOS管的IVcure解析：線性區(qū)，對于固定的Vgs（》Vth），當(dāng)漏壓很小時(shí)，漏電流Ids隨漏壓的增加而線性增加。
但隨著漏壓的增加，漏電流的增加速度不斷減小直到Ids達(dá)到某一恒定的飽和值。在這個(gè)工作區(qū)，MOS表現(xiàn)出類似于電阻的特性，并且隨著柵壓的變化而變化，即溝道電阻隨著柵壓的增加而減小。這個(gè)區(qū)域也叫可調(diào)電阻區(qū)。
飽和區(qū)，在漏源之間接上電壓Vds，則溝道區(qū)的電位從靠近源端的零電位逐漸升高到靠近漏斷的Vds。而柵極的電位是恒定的，所以在溝道從源極到漏極不同位置上，柵極與溝道之間的電位差是不等的，因而溝道不同位置上的表面電場也是不等的。
那么溝道中積累的可動(dòng)載流子也隨著電位差從源到漏由多到少，溝道也由厚到薄，溝道的導(dǎo)電能力隨之下降，漏源輸岀電流隨Vds上升的速度降下來，故Ids曲線逐漸趨向平緩。
當(dāng)Vds進(jìn)一步增大時(shí)：Vds＞Vgs-Vt，漏端的溝道消失，即漏端的溝道被夾斷，這個(gè)夾斷區(qū)成了漏源之間電流通路上最大的區(qū)域。
在夾斷后Vds的繼續(xù)增大都集中在降落夾斷區(qū)，因此盡管Vds增大了，溝道兩端的電壓降仍是Vgs-Vt不變。這使得經(jīng)過溝道漂移進(jìn)度夾斷區(qū)的電子流也基本上不隨Vds的增加而改變，Ids也就不變了，所以曲線幾乎變成直線。
擊穿區(qū)，飽和區(qū)之后，若Vds進(jìn)一步增加，晶體管進(jìn)入擊穿區(qū)，Ids隨Vds迅速增大，直至引起漏-襯PN結(jié)擊穿，這是由于漏端高電場引起的。
截止區(qū)，在該區(qū)域，Vgs＜Vth，因此漏源之間不存在導(dǎo)電溝道，即Ids=0。但實(shí)際上漏源電流并不為0，而是按指數(shù)規(guī)律隨柵壓變化，通常稱為弱反型電流或亞域值電流。
在弱反型時(shí)，P型硅表面變?yōu)镹型，但這種反型很弱，表面電子濃度低于體內(nèi)空穴的濃度。由于低的電子濃度沿溝道產(chǎn)生的電場較低，因此亞域值電流主要由載流子擴(kuò)散引起。
雙邊對稱。在電學(xué)性質(zhì)上源和漏是可以相互交換的。與雙極型晶體管相比，顯然有很大不同，對于雙極型晶體管，如果交換發(fā)射極與集電極，晶體管的增益將明顯下降。
單極性。在MOS晶體管中參與導(dǎo)電的只是一種類型的載流子，這與雙極型晶體管相比也顯著不同。在雙極型晶體管中，顯然一種類型的載流子在導(dǎo)電中起著主要作用，但與此同時(shí)，另一種載流子在導(dǎo)電中也起著重要作用。
高輸入阻抗。由于柵氧化層的影響，在柵和其他端點(diǎn)之間不存在直流通道，因此輸入阻抗非常高，而且主要是電容性的。通常，MOSFET的直流輸入阻抗可以大于1014歐。
電壓控制。MOSFET是一種電壓控制器件。而且是一種輸入功率非常低的器件。一個(gè)MOS晶體管可以驅(qū)動(dòng)許多與它相似的MOS晶體管；也就是說，它有較高的扇出能力。
自隔離。由MOS晶體管構(gòu)成的集成電路可以達(dá)到很高的集成密度，因?yàn)镸OS晶體管之間能自動(dòng)隔離。一個(gè)MOS晶體管的漏，由于背靠背二極管的作用，自然地與其他晶體管的漏或源隔離。這樣就省掉了雙極型工藝中的既深又寬的隔離擴(kuò)散。
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