MOS管結構|MOS管的IVcure知識分析

MOS管的結構

以N溝道橫向MOS管為例，其結構如下圖所示，在P型半導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正向電壓。進一步再添加兩個n+區域分別作為源區和漏區。這樣我們就有了下面這個示意圖。

MOS管一般有三個級，分別是Source源極，Drain漏級和Gate柵極。

如果在同一個N型襯底上同時制造P溝道MOS管和N溝道MOS管（N溝道MOS管制作在P阱內），這就構成了CMOS。

MOS管分類

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，源漏為重摻雜的N=，溝道中載流子為電子；P溝MOS晶體管是襯底為N型，源漏為重摻雜的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。

按工作模式分增強型晶體管和耗盡型晶體管。增強型晶體管是指若在零柵壓下不存在漏源導電溝道，為了形成導電溝道，需要施加一定的柵壓，也就是說溝道要通過“增強”才能導通；

而耗盡型晶體管是指器件本身在漏源之間就存在導電溝道，即使在零柵壓下器件也是導通的。若要使器件截止，就必須施加柵壓使溝道耗盡。

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管，主要用于信號電路的控制；功率管一般是指增強型的場效應管，只要在電力開關電路，驅動電路等。

MOS管的IVCurve如下圖所示：

其主要分為4個區域，分別為線性區、飽和區、截止區和擊穿區。

MOS管的IVcure解析：線性區，對于固定的Vgs（》Vth），當漏壓很小時，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達到某一恒定的飽和值。在這個工作區，MOS表現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。這個區域也叫可調電阻區。

飽和區，在漏源之間接上電壓Vds，則溝道區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Vds進一步增大時：Vds＞Vgs-Vt，漏端的溝道消失，即漏端的溝道被夾斷，這個夾斷區成了漏源之間電流通路上最大的區域。

在夾斷后Vds的繼續增大都集中在降落夾斷區，因此盡管Vds增大了，溝道兩端的電壓降仍是Vgs-Vt不變。這使得經過溝道漂移進度夾斷區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，飽和區之后，若Vds進一步增加，晶體管進入擊穿區，Ids隨Vds迅速增大，直至引起漏-襯PN結擊穿，這是由于漏端高電場引起的。

截止區，在該區域，Vgs＜Vth，因此漏源之間不存在導電溝道，即Ids=0。但實際上漏源電流并不為0，而是按指數規律隨柵壓變化，通常稱為弱反型電流或亞域值電流。

在弱反型時，P型硅表面變為N型，但這種反型很弱，表面電子濃度低于體內空穴的濃度。由于低的電子濃度沿溝道產生的電場較低，因此亞域值電流主要由載流子擴散引起。

MOSFET的特征

雙邊對稱。在電學性質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電中起著主要作用，但與此同時，另一種載流子在導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MOS晶體管可以驅動許多與它相似的MOS晶體管；也就是說，它有較高的扇出能力。

自隔離。由MOS晶體管構成的集成電路可以達到很高的集成密度，因為MOS晶體管之間能自動隔離。一個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散。

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