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MOS管工作原理图详解|MOSFET内部结构分析-微硕MOS管

发布日期:2020-12-30 点击次数:240

MOS管有的时候也称作绝缘栅场效应管,因为它归属于场效应管中的绝缘栅型,全名是金属—氧化物—半导体场效应晶体管或称金属—绝缘体—半导体场效应晶体管,英文名

metaloxidesemiconductor(MOSFET).1种能够普遍应用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。依据其“通道”(工作载流子)的极性差异,可分成“N型”与“P型”的两个类型,也

就是常说的NMOSPMOS

                                     

                                                                      MOS管工作原理

MOS管根据工作方式又可以划分增强型和耗尽型,增强型指的是MOS管并没有加偏置电压时,并没有导电沟道,耗尽型则指的是MOS管并没有加偏置电压时,就会有导电沟道出现。

在实际的运用中,也只有N沟道增强型和P沟道增强型的MOS管,鉴于NMOS管导通内阻小,且易于生产制造,因此在实际的运用中NMOS要比PMOS要更常见些。

                                                            

增强型MOS管的漏极D和源极S两者之间有两个背对背的PN结。当栅-源电压VGS=0时,即便再加上漏-源电压VDS,总有个PN结处在反偏的状态,漏-源极间并没有导电沟道(并没有电流

流过),因此这时候漏极电流ID=0。

这时若在栅-源极间再加正向电压,即VGS>0,则栅极和硅衬底两者之间的SiO2绝缘层中便产生1个栅极对准P型硅衬底的电场,因为氧化物层是绝缘性的,栅极所加电压VGS不能产生

电流,氧化物层的两侧就产生了1个电容,VGS等效电路是对这一个电容(电容器)充电,并产生1个电场,伴随着VGS慢慢上升,受栅极正电压的吸引,在这个电容(电容器)的另一

侧就集聚大量的电子并产生了1个从漏极到源极的N型导电沟道,当VGS超过管子的开启电压VT(一般约为2V)时,N沟道管刚开始导通,产生漏极电流ID,我们把刚开始产生沟道时的

栅-源极电压称为开启电压,一般用VT表示。操控栅极电压VGS的大小转变了电场的强与弱,就可以实现操控漏极电流ID的大小的效果,这也是MOS管用电场来操控电流的1个重要特

点,因此也将之称为场效应管。

                                                                         MOSFET内部结构

在一片夹杂浓度值较低的P型硅衬底上,制做俩个高夹杂浓度值的N+区,并且用金属铝引出来俩个电极,各自作漏极d和源极s。随后在半导体表层覆盖一层极薄的二氧化硅(SiO2)绝

缘层,在漏——源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,当做栅极g。在衬底上也引出来一个电极B,这就形成了一个N沟道增强型MOS管。P沟道增强型的MOS管内部形成也是同样的道

理。

          

上图为MOS管的电路符号,图中D是漏极,S是源极,G是栅极,中间的箭头表示衬底,如果箭头向里表示是N沟道的MOS管,箭头向外表示是?P沟道的MOS管。

                    

实际上在MOS管生产制造的环节中衬底在出厂前就和源极相互连接,故而在符号的准则中,代表衬底的箭头符号也务必和源极相互连接,以区分漏极和源极。MOS管运用电压的极性与

我们传统的晶体三极管相似,N沟道类似于NPN晶体三极管,漏极D接正极,源极S接负极,栅极G正电压时导电沟道形成,N沟道MOS管则开始工作。相同地,P道的类似于PNP晶体三极

管,漏极D接负极,源极S接正极,栅极G负电压时,导电沟道形成,P沟道MOS管开始工作。

MOS管开关损耗原理

无论是NMOS或是PMOS,导通后均有导通内阻产生,这样一来电流便会在这个内阻上消耗能量,这一部分消耗的能量称作导通消耗。选取导通内阻小的MOS管会有效降低导通消耗。目

前的小功率MOS管导通内阻一般而言在几十毫欧左右,几毫欧的也是有。

MOS在导通和终止的时候,必定不是在一瞬间实现的。MOS两边的电压会有一个有效降低的环节,流经的电流会有一个上升的环节,在这段时间内,MOS管的损耗是电压和电流的乘

积,也就是开关损耗。一般而言开关损耗比导通损耗大上许多,并且开关频率越快,损耗也越大。

                                                      

导通的瞬间电压和电流的乘积很大,导致的损耗也就很大。通过两种方式可以降低开关损耗,一是缩减开关时间,能够有效降低每回导通时的损耗;二是降低开关频率,能够减少单

位时间内的开关次数。

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