MOS管是什么?

文摘   科技   2024-07-31 19:01   浙江  

MOS管概念定义

1947BJT发明后,人们终于拥有了“随心所欲”的控制半导体开关。但此时的BJT应用有较大局限性:

1,控制它需要较大的电流(电流驱动)。

2,由于少子电荷存储的问题(反向恢复时间长)限制了其工作频率。

所以,在不久之后就又有人发明了FET,其工作频率要比BJT高的多,而且几乎不需要电流驱动(电压驱动)。

1960年,有人提出使用金属-氧化物来提升双极性晶体管的特性,从此诞生了MOS管。

MOS管的全称是MOSFET,中文全称是:金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。

辣么长的一个名字,我看了一哈脑壳都晕,又该怎么来理解它呢?

首先,“金属-氧化物-半导体”(简称:MOS)展现的是MOS管组成以及结构:

1. G极(栅极):由金属-氧化物组成目前栅极导电部分大多采用多晶硅,而非金属,与BJTB极(基极)不同,MOS管的G极与半导体之间是绝缘的。

2. D极(漏极)和S极(源极):由半导体组成,同BJT类似(具体结构相差很大)。

所以MOS管主要有:金属(多晶硅),氧化物(绝缘层)和半导体所构成。

其次,“场效应晶体管”(FET)体现了MOS管的工作方式:

1. 场效应:是利用控制输入回路的电场效应(电压)来控制输出回路电流,它利用加在G极(栅极)上电压产生电场,使得沟道上靠近G极形成多数载流子的通道;所以MOS管只有多数载流子参与导电,是单极型晶体管。

2. 晶体管:指以半导体材料为基础的单一元件,它遵循PN结理论与工作原理。

因此,我们从MOSFET的名字中,了解到了它最重要的信息:绝缘栅-场效应-晶体管-开关

接下来,我们先来看它的结构。

MOS管结构

MOS场效应管分为:增强型和耗尽型;同时由于沟道的不同可分为:N沟道和P沟道。我们接下来根据MOS管的不同结构,来看它们之间的差别。

MOS管从结构上由4部分组成:

1. 电极DDrain,漏极。

2. 电极GGate,栅极。

3. 电极SSource,源极。

4. 衬底B:衬底BS极相连。

这里关于MOSSymble,有几个疑问需要解答一下:

1. MOS管中的寄生二极管是怎么来的,N沟道和P沟道MOS管的寄生二极管方向为什么不同?

由于衬底BS极连接在一起,如下图N沟道MOS管为例,SB之间等电位,而BD之间是一个PN结(二极管),所以从SD有一个正向寄生二极管。同理P沟道MOS管的寄生二极管方向为DS的寄生二极管

2. Symble中的GDS连接关系?

Symble中中间短横线表示衬底B,表示S与B的连接关系,不管是NMOS或PMOSS极都和衬底连在一起,在Symble中可以用来判断S极

3. Symble箭头表示什么意思

箭头表示MOS管中衬底耗尽层(PN结)的指向,如果是NMOS管衬底的耗尽层(PN结),那么PN结的方向是衬底B指向反型层;同理如果是PMOS,那么PN结方向是反型层指向衬底B,用来判断NMOS还是PMOS;同时箭头与寄生二极管的方向相同。

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