MOS管结构原理分析,就是这么简单

MOS管结构原理

MOS管又称场效应管，即在集成电路中绝缘性场效应管。MOS英文全称为Metal-Oxide-Semiconductor即金属-氧化物-半导体，确切的说，这个名字描述了集成电路中MOS管的结构，即：在一定结构的半导体器件上，加上二氧化硅和金属，形成栅极。

MOS管的source和drain是可以对调的，都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能,这样的器件被认为是对称的。

双极型晶体管把输入端电流的微小变化放大后，在输出端输出一个大的电流变化。双极型晶体管的增益就定义为输出输入电流之比（beta）。另一种晶体管，叫做场效应管（FET），把输入电压的变化转化为输出电流的变化。

FET的增益等于它的transconductance， 定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。市面上常有的一般为N沟道和P沟道，详情参考右侧图片（N沟道耗尽型MOS管）。而P沟道常见的为低压mos管。

场效应管通过投影一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体，所以FET管的GATE电流非常小。最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。

这种晶体管称为金属氧化物半导体（MOS）晶体管，或，金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。因为MOS管更小更省电，所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。

MOS管结构原理图解

MOS管的内部结构如下图所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET，大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。

其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻，该管导通时在两个高浓度n扩散区间形成n型导电沟道。

n沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压，且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压(栅源电压为零)时，就有导电沟道产生的n沟道MOS管。

1、结构和符号（以N沟道增强型为例）

在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极，半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。

2、工作原理

MOS管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)它是利用VGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。

在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。

当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

（以N沟道增强型为例）

（1）VGS=0时，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反偏，所以不存在导电沟道。

VGS=0，ID=0

VGS必须大于0

管子才能工作。

（2）VGS≥0时，在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N区沟通，形成导电沟道。

VGS≥0→g吸引电子→反型层→导电沟道

VGS↑→反型层变厚→VDS↑→ID↑

（3）VGS≥VT时而VDS较小时：VDS↑→ID↑

T：开启电压，在VDS作用下开始导电时的VGS°；VT=VGS—VDS

（4）VGS》0且VDS增大到一定值后，靠近漏极的沟道被夹断，形成夹断区。VDS↑→ID不变

MOS管结构原理：优势

1.可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

2.很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3.可以用作可变电阻。

4.可以方便地用作恒流源。

5.可以用作电子开关。

6.在电路设计上的灵活性大。栅偏压可正可负可零，三极管只能在正向偏置下工作，电子管只能在负偏压下工作。另外输入阻抗高，可以减轻信号源负载，易于跟前级匹配。

MOS管（场效应管）的应用领域

1.工业领域、步进马达驱动、电钻工具、工业开关电源

2.新能源领域、光伏逆变、充电桩、无人机

3.交通运输领域、车载逆变器、汽车HID安定器、电动自行车

4.绿色照明领域、CCFL节能灯、LED照明电源、金卤灯镇流器

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