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低压MOS管的工作原理

发布时间:2023-09-28来源: 联冀电子阅读:374

      低压MOS管是金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管可分为N沟道与P沟道两大类, P沟道硅MOS场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区,分别叫做源极和漏极,两极之间不通导,源极上加有足够的正电压(栅极接地)时,栅极下的N型硅表面呈现P型反型层,成为连接源极和漏极的沟道。改变栅压可以改变沟道中的空穴密度,从而改变沟道的电阻。这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道,加上适当的偏压,可使沟道的电阻增大或减小。这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管。统称为PMOS晶体管。


       P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低,因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下,PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外,P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高,要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性,与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆幅大,充电放电过程长,加之器件跨导小,所以工作速度更低,在NMOS电路(见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后,多数已为NMOS电路所取代。只是,因PMOS电路工艺简单,价格便宜,有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。


       MOSFET共有三个脚,一般为G、D、S,通过G、S间加控制信号时可以改变D、S间的导通和截止。PMOS和NMOS在结构上完全相像,所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。简单地说,NMOS是在P型硅的衬底上,通过选择掺杂形成N型的掺杂区,作为NMOS的源漏区;PMOS是在N型硅的衬底上,通过选择掺杂形成P型的掺杂区,作为PMOS的源漏区。两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L,而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。对于这种简单的结构,器件源漏是完全对称的,只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。


PMOS的工作原理与NMOS相类似。因为PMOS是N型硅衬底,其中的多数载流子是电子,少数载流子是空穴,源漏区的掺杂类型是P型,所以,PMOS的工作条件是在栅上相对于源极施加负电压,亦即在PMOS的栅上施加的是负电荷电子,而在衬底感应的是可运动的正电荷空穴和带固定正电荷的耗尽层,不考虑二氧化硅中存在的电荷的影响,衬底中感应的正电荷数量就等于PMOS栅上的负电荷的数量。当达到强反型时,在相对于源端为负的漏源电压的作用下,源端的正电荷空穴经过导通的P型沟道到达漏端,形成从源到漏的源漏电流。同样地,VGS越负(绝对值越大),沟道的导通电阻越小,电流的数值越大。