MOS场效应管工作原理详细解析 - 壹芯微

MOS场效应管作为半导体行业最基础的电子元器件之一，在电子线路中，MOS管一般被用以功率放大电路或开关电源电路而被广泛运用。下面就有关于MOS管工作原理为您详细解读，来进行MOSFET内部结构分析。

何为MOS管

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，英文名为metaloxidesemiconductor(MOSFET).是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NMOS、PMOS。

一文读懂MOS管工作原理

微硕MOS管

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。

一文读懂MOS管工作原理

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。

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MOS管的电路符号

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。

一文读懂MOS管工作原理

MOS管的电路符号

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。

MOS管开关损耗原理图

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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