nmos结构示意图与工作原理详解（nmos耗尽型与增强型）-nmos基础知识

nmos概述

nmos结构示意(yi)图是(shi)本(ben)文的(de)(de)重点(dian)，NMOS英文全称(cheng)为N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意(yi)思为N型金属-氧化物-半导(dao)体(ti)，而(er)拥有这种结构的(de)(de)晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)我们称(cheng)之为NMOS晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)。 MOS晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)有P型MOS管(guan)(guan)和N型MOS管(guan)(guan)之分(fen)。由(you)MOS管(guan)(guan)构成(cheng)(cheng)的(de)(de)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)称(cheng)为MOS集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，由(you)NMOS组成(cheng)(cheng)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)就是(shi)NMOS集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，由(you)PMOS管(guan)(guan)组成(cheng)(cheng)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)就是(shi)PMOS集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，由(you)NMOS和PMOS两种管(guan)(guan)子组成(cheng)(cheng)的(de)(de)互补MOS电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，即CMOS电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)。

nmos结构示意图详解
nmos结构示意图-N沟道增强型MOS场效应管结构

nmos结构(gou)示意图N沟(gou)道增强(qiang)型，在(zai)(zai)一(yi)(yi)块(kuai)掺(chan)杂(za)浓(nong)度较低的P型硅(gui)衬底上(shang)，制(zhi)作两个(ge)(ge)高(gao)掺(chan)杂(za)浓(nong)度的N+区，并用金属铝引(yin)出(chu)两个(ge)(ge)电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，分别作漏极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)d和源极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)s。然(ran)后(hou)在(zai)(zai)半导(dao)体(ti)表(biao)面覆盖(gai)一(yi)(yi)层(ceng)(ceng)很(hen)薄(bo)的二氧化(hua)硅(gui)(SiO2)绝缘(yuan)层(ceng)(ceng)，在(zai)(zai)漏——源极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)间的绝缘(yuan)层(ceng)(ceng)上(shang)再(zai)装(zhuang)上(shang)一(yi)(yi)个(ge)(ge)铝电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji),作为栅极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)g。衬底上(shang)也引(yin)出(chu)一(yi)(yi)个(ge)(ge)电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)B，这就(jiu)构(gou)成(cheng)了一(yi)(yi)个(ge)(ge)N沟(gou)道增强(qiang)型MOS管。MOS管的源极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和衬底通(tong)常(chang)是接在(zai)(zai)一(yi)(yi)起的(大多数管子在(zai)(zai)出(chu)厂前已连(lian)接好)。它的栅极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)与(yu)其(qi)它电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)间是绝缘(yuan)的。

图(a)、(b)分别是它的结(jie)构(gou)示意图和代表符(fu)号。代表符(fu)号中的箭(jian)头方向表示由(you)P(衬底)指向N(沟(gou)道)。P沟(gou)道增强型MOS管的箭(jian)头方向与上(shang)述相反(fan)，如(ru)图(c)所示。

nmos结构示意图-N沟道耗尽型MOS场效应管的基本结构

（1）结构(gou)：

N沟道(dao)耗尽(jin)型MOS管与N沟道(dao)增强型MOS管基本相似。

（2）区别：

耗尽型MOS管在(zai)vGS=0时(shi)，漏——源(yuan)极间已有导电沟道产(chan)生，而增强型MOS管要(yao)在(zai)vGS≥VT时(shi)才出现(xian)导电沟道。

（3）原因：

制(zhi)造N沟(gou)(gou)道(dao)耗尽(jin)型(xing)MOS管(guan)时，在SiO2绝(jue)缘层(ceng)中掺(chan)入了大量的碱金(jin)属正(zheng)离子Na+或K+(制(zhi)造P沟(gou)(gou)道(dao)耗尽(jin)型(xing)MOS管(guan)时掺(chan)入负离子)，如图1(a)所示，因此即使vGS=0时，在这些正(zheng)离子产(chan)生的电场作用下(xia)，漏(lou)——源极间的P型(xing)衬底表(biao)面也能(neng)感应生成N沟(gou)(gou)道(dao)(称(cheng)为初始沟(gou)(gou)道(dao))，只要加上正(zheng)向电压vDS，就有电流(liu)iD。

如果加(jia)上正的vGS，栅极(ji)与N沟(gou)道间的电(dian)场将在沟(gou)道中吸引来更多的电(dian)子(zi)，沟(gou)道加(jia)宽，沟(gou)道电(dian)阻变(bian)小，iD增(zeng)大(da)。反之vGS为负时(shi)，沟(gou)道中感应的电(dian)子(zi)减少，沟(gou)道变(bian)窄，沟(gou)道电(dian)阻变(bian)大(da)，iD减小。当(dang)vGS负向(xiang)增(zeng)加(jia)到某(mou)一数值(zhi)时(shi)，导电(dian)沟(gou)道消失(shi)，iD趋于零(ling)，管子(zi)截止，故称为耗尽型(xing)。沟(gou)道消失(shi)时(shi)的栅－源(yuan)电(dian)压称为夹断(duan)电(dian)压，仍用VP表示(shi)。与N沟(gou)道结型(xing)场效应管相(xiang)同，N沟(gou)道耗尽型(xing)MOS管的夹断(duan)电(dian)压VP也为负值(zhi)，但是，前者只能在vGS<0的情况下(xia)工作。而(er)后者在vGS=0，vGS>0。

nmos工作原理

（1）vGS对iD及沟道(dao)的控制作(zuo)用

① vGS=0 的情(qing)况

从图1(a)可以看出(chu)，增强(qiang)型(xing)MOS管的(de)(de)漏极(ji)d和源(yuan)极(ji)s之(zhi)间有两个背(bei)靠(kao)背(bei)的(de)(de)PN结(jie)。当栅(zha)——源(yuan)电(dian)压vGS=0时(shi)，即使加上漏——源(yuan)电(dian)压vDS，而且不论vDS的(de)(de)极(ji)性如何(he)，总(zong)有一(yi)个PN结(jie)处于反偏状态，漏——源(yuan)极(ji)间没有导电(dian)沟道，所(suo)以这时(shi)漏极(ji)电(dian)流(liu)iD≈0。

② vGS>0 的情(qing)况

若vGS>0，则栅(zha)极和衬(chen)底之(zhi)间的SiO2绝缘层中便产生(sheng)一(yi)个(ge)电场(chang)。电场(chang)方向垂直于半导体表面的由栅(zha)极指向衬(chen)底的电场(chang)。这个(ge)电场(chang)能排斥空穴而吸引电子。

排(pai)斥空穴：使栅极附近的(de)P型(xing)衬(chen)(chen)底(di)中的(de)空穴被排(pai)斥，剩下(xia)不能移动的(de)受主(zhu)离子(zi)(负离子(zi))，形(xing)成(cheng)耗(hao)尽层。吸引电子(zi)：将 P型(xing)衬(chen)(chen)底(di)中的(de)电子(zi)（少(shao)子(zi)）被吸引到衬(chen)(chen)底(di)表面。

2、导电沟道的形成

当(dang)(dang)vGS数值(zhi)较小(xiao)，吸(xi)引(yin)电(dian)(dian)子的(de)能力不强时(shi)，漏(lou)——源极(ji)之(zhi)间仍无导(dao)电(dian)(dian)沟道出现，如(ru)图1(b)所示。vGS增加时(shi)，吸(xi)引(yin)到(dao)P衬底表面(mian)层(ceng)的(de)电(dian)(dian)子就(jiu)增多(duo)(duo)，当(dang)(dang)vGS达到(dao)某(mou)一(yi)数值(zhi)时(shi)，这些电(dian)(dian)子在栅(zha)极(ji)附(fu)近的(de)P衬底表面(mian)便形(xing)成(cheng)一(yi)个N型(xing)薄层(ceng)，且与两个N+区相(xiang)连通，在漏(lou)——源极(ji)间形(xing)成(cheng)N型(xing)导(dao)电(dian)(dian)沟道，其导(dao)电(dian)(dian)类型(xing)与P衬底相(xiang)反，故又(you)称为(wei)反型(xing)层(ceng)，如(ru)图1(c)所示。vGS越大(da)，作用于半导(dao)体表面(mian)的(de)电(dian)(dian)场就(jiu)越强，吸(xi)引(yin)到(dao)P衬底表面(mian)的(de)电(dian)(dian)子就(jiu)越多(duo)(duo)，导(dao)电(dian)(dian)沟道越厚，沟道电(dian)(dian)阻越小(xiao)。

开(kai)始形(xing)成沟道时的栅——源极电(dian)压称为开(kai)启电(dian)压，用VT表示。

上面讨论的N沟道MOS管在vGS

3、vDS对(dui)iD的影响

如图(a)所(suo)示，当vGS>VT且为一确定值时，漏——源(yuan)电压vDS对(dui)导电沟道及电流(liu)iD的影响(xiang)与结(jie)型场效应管相似(si)。

漏(lou)极电(dian)(dian)(dian)流iD沿沟道产(chan)生的电(dian)(dian)(dian)压降使沟道内各点与栅(zha)极间的电(dian)(dian)(dian)压不(bu)再(zai)相等(deng)，靠近源极一(yi)端的电(dian)(dian)(dian)压最(zui)大，这(zhei)里沟道最(zui)厚，而(er)漏(lou)极一(yi)端电(dian)(dian)(dian)压最(zui)小(xiao)，其值为VGD=vGS－vDS，因(yin)而(er)这(zhei)里沟道最(zui)薄。但(dan)当vDS较小(xiao)（vDS）。

随(sui)着vDS的(de)增(zeng)大(da)，靠近(jin)漏(lou)极的(de)沟(gou)(gou)道(dao)越来越薄(bo)，当vDS增(zeng)加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)时，沟(gou)(gou)道(dao)在(zai)(zai)漏(lou)极一端出现预夹(jia)断(duan)，如图2(b)所(suo)示。再继(ji)续增(zeng)大(da)vDS，夹(jia)断(duan)点将向源极方向移动，如图2(c)所(suo)示。由于vDS的(de)增(zeng)加部(bu)分几乎(hu)全部(bu)降落(luo)在(zai)(zai)夹(jia)断(duan)区，故iD几乎(hu)不随(sui)vDS增(zeng)大(da)而增(zeng)加，管子进(jin)入饱和区，iD几乎(hu)仅由vGS决定。

联(lian)系方式：邹先(xian)生(sheng)

联系电话：0755-83888366-8022

手(shou)机(ji)：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深(shen)圳市(shi)福田区(qu)车公(gong)庙天安数码(ma)城天吉大厦CD座(zuo)5C1

请(qing)搜微(wei)信公(gong)众号:“KIA半导体”或(huo)扫(sao)一扫(sao)下图“关注”官方(fang)微(wei)信公(gong)众号

请(qing)“关注(zhu)”官方微信公众(zhong)号:提供(gong) MOS管 技术(shu)帮助(zhu)