MOS管知识-一清晰区分MOS NMOS PMOS CMOS（从原理的视角）

从原理的视角，一文彻底区分MOS NMOS PMOS CMOS，详细请查看下文。mos管学名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型，MOS又分N型、P型MOS管。

（一）由基础说起

半导体的基础材料是硅晶体，硅这种材料，在化学元素周期表里是四族元素，硅从微观上看每个原子最外层有4个电子，我们知道，外层4个电子的物质处于稳定状态。硅晶体里，两个电子结合形成更为稳定的共价键。

当然这种共价键并不是牢不可破的，在绝对0度以上，总会有少数的电子摆脱共价键的束缚在晶格里游荡，会表现出很小的导电性，半导体的名字就这么来了。

如果硅晶体里掺入了三族元素，比如硼，会是什么状况的呢？

三族元素最外层3个电子，跟硅结合的时候，共价键上就会缺一个电子，我们叫它空穴。由于电子的热力学运动，某个共价键上的电子可能摆脱束缚移动到空穴位置上来，宏观上看好像是空穴产生了移动，由于空穴表现正电荷，空穴的英文称为positive holes，这种半导体就称之为P型半导体。

同样，在硅晶体里掺杂五族元素后，共价键上就会多出一个电子，这个电子可以在半导体内自由移动，形成导电的电子，即negative electrons。掺杂五族元素的半导体称为N型半导体。

我们从宏观上看，N型半导体里面有很多可以导电的电子。

P型半导体里面有很多不可移动的空穴。此处特别强调不可移动，我们说空穴的移动，实际上是其它位置的电子填充了空穴的位置，看上去像是空穴在移动。

N型半导体和P型半导体宏观上看都是不带电的！正负电荷量相等。

（二）MOS

假如我们把P型半导体放在一个电场中会有什么现象呢 ？根据最基本的物理知识，同电荷排斥，异电荷相吸，电场中的P型半导体如下图所见。左右两侧为电极板，电子会被吸引到正电极测，空穴被吸引到负电极测。这里正负只是普通的物理定义，其实在电路中，严格的说法应该是高电平测、低电平测。正负只有在指定0V参考点的情况下才有意义。

我们把这种效应称为电场效应（Field Effect），依据这种现场所发明的半导体器件称为场效应管，即Field Effect Transistor ，简称FET！这就是FET真实的内涵。

为了方便产生一个电场，科学家们发明了一种像三明治的结构。这种结构的最上层是金属，一般是铝化合物，中间层是氧化物，一般是氧化硅，下面是P型半导体，此处也称为P型衬底。这种器件被称为Metal Oxide Semiconductor，简称MOS。

在金属层和衬底之间加上电场，于是在氧化物的下面就聚集了电子，形成一个反转层。本来是P型衬底，出现了电子层，中文书里面也叫做“沟道”，也被称为N沟道。

把这个材料继续加工，在P型衬底的两肩腐蚀出N型的电极，于是NMOS就这么产生了！金属层被称为G极、即栅极；N型掺杂浓度高的一端称为S极、即源极，掺杂浓度稍微低点的一端称为D极，即漏极。“源”是源头的意思，它的浓度高、可以提供更多的载流子，在N型半导体里，沟道内部是电子，如果能够形成一个电流通路，那么源极也应该提供的是电子。

在外部偏压形成的电场力作用下，电子由S流向D。因为电流定义的方向跟电子流动的方向相反，所以此时电流从D流向S。因此，D点的点位要比S点高。

至此，我们就清楚了什么是MOS，MOSFET，NMOS。记住一点：NMOS指的是形成了N型的反转层，那么它一定是在P型衬底上实现的。

同样，对于衬底为N型的器件，我们要施加电场产生一个空穴区，即P沟道，所以称为PMOS，空穴区需要低电平产生，所以G极的电势要比源极低。P沟道流动的是”空穴“，所以电流方向是S极流向D极，那么S极的电势就要高。

至此，我们应该能分清什么是MOS、MOSFET、NMOS、PMOS了。从中我们也看出了，MOS管是一种G极电压产生电场效应，控制DS两端电流的可控器件。

（三）NMOS电路抽象

在电路里面，如何区分NMOS、PMOS以及电路如何连接呢？

现在我们想一下，衬底该怎么接，以NMOS为例，衬底P型，如果衬底接高电位，那么就形成了两个PN结并联的电路。所以P型衬底需要接低电位，根据上面说的电流方向，N型MOS低电位为S极，所以衬底需要连S极。这就是为什么MOS管的电路图总是看到衬底跟S极相连的原因！

下面详细说说电路符号每一个细节所代表的意思。

1. 没有施加电场时，G极下没有产生N沟道，所以电路图中用虚线代表这一层意思。（以后的文章中会介绍不同种类的MOSFET，G极为0V，没有反转层生成的器件称为增强型MOS管，还有一种是耗尽型MOS，对于耗尽型MOS，中间竖线是相连的。

2. 箭头的意思代表衬底的PN结效应，P型衬底（NMOS）在G极产生电场下，靠近G极为电子区、远离端为空穴区，所以电场下生产的PN效应指向G极！

3. 图中的二极管是衬底与D之间体二极管，上文中也提到了，如果衬底接高电平，此时二极管直接导通，失去了MOS管控制的作用。大家此时应该立刻想到，如果NMOS的S极接了高电压，D接了低电压，MOS管直接导通！

（四）PMOS电路抽象

对于PMOS，再啰嗦一遍，PMOS的”P“即P沟道，一定是在N型衬底上产生的，衬底PN效应箭头背离G极。N型衬底的两肩上腐蚀出P型电极，流过沟道的是空穴，方向从源到漏，源为高掺杂，空穴运动的方向同时也是电流的方向，也就是说PMOS的电流从S到D，S为高电平。

PMOS的衬底为N型，如果衬底为低电平，同样是等效于两个PN结并联，所以衬底要接高电平，即衬底也是连S极，得出一个结论：无论NMOS、PMOS衬底都是连S极！

体二极管效应仍然在D极和衬底间产生，D为体二极管的P区。同样，对于PMOS，D极比S极点位高的话，直接通过二极管效应产生通路。

NMOS和PMOS分别简化如下：

（五）什么是CMOS

CMOS即 complementary MOSFET，互补型MOSFET，在大规模集成电路里面，NMOS和PMOS被集成在一起，通过同一个信号来控制，从而实现数字信号的逻辑NOT功能。这种结构是组成集成电路的基础单元。

壹芯微科技针对二三极管,MOS管作出了良好的性能测试，应用各大领域，如果您有遇到什么需要帮助解决的,可以点击右边的工程师,或者点击销售经理给您精准的报价以及产品介绍