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MOS管工作原理

作者:兴德晶电子 日期:2020-06-18 10:29:33 点击数:

 很多人对MOS场效应管的工作原理、基本结构和检测方法不是很了解,尤其对于电工来说,如果有一个直观的概念可能在日常工作中能节省很多时间,而小编今天就搜集了整个对MOS场效应管的详细介绍,希望对各位电工朋友有所帮助。

  MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor,即金属氧化物合成半导体的场效应晶体管),属于绝缘栅型。特点: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(最高可达1015Ω)。它也分N沟道管和P沟道管。通常是将衬底(基板)与源极S接在一起。

  MOS场效应三极管分为:增强型(又有N沟道、P沟道之分)及耗尽型(分有N沟道、P沟道)。N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号见图1。其中:电极 D(Drain) 称为漏极,相当双极型三极管的集电极;

  电极 G(Gate) 称为栅极,相当于的基极;

  电极 S(Source)称为源极,相当于发射极。

  1、N沟道增强型MOSFET

  (1)结构

  根据图1,N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表示  (2)工作原理

  ① 栅源电压VGS的控制作用

  当VGS=0 V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。

  当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,通过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,不足以形成沟道,将漏极和源极沟通,所以仍然不足以形成漏极电流ID。

  进一步增加VGS,当VGS>VGS(th)时( VGS(th) 称为开启电压),由于此时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。随着VGS的继续增加,ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。  VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线,见

  转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。  

  跨导的定义式如下:

  gm=△ID/△VGS|VDS=const (单位mS) (1)

  ②漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用

  当VGS>VGS(th),且固定为某一值时,来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响如图33所示。根据此图可以有如下关系

  VDS=VDG+VGS= -VGD+VGS

  VGD=VGS-VDS

  当VDS为0或较小时,相当VGD>VGS(th),沟道分布如图3 (a),此时VDS 基本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处,沟道达到开启的程度以上,漏源之间有电流通过。  

  当VGS>VGS(th),且固定为某一值时,VDS对ID的影响, 即iD=f(VDS)|VGS=const这一关系曲线如图4所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。

  

  2、N沟道耗尽型MOSFET

  N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图5(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS>0时,将使ID进一步增加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。  

  3、P沟道耗尽型MOSFET

  P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

  MOS场效应管检测方法

  1、准备工作

  测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触MOSFET的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。

  2、判定电极

  将万用表拨于R&TImes;100档,首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极G。交换表笔重测量,S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为D极,红表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品,S极与管壳接通,据此很容易确定S极。

  3、检查放大能力(跨导)

  将G极悬空,黑表笔接D极,红表笔接S极,然后用手指触摸G极,表针应有较大的偏转。双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2。为区分之,可用手分别触摸G1、G2极,其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。

  目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管,平时就不需要把各管脚短路了。

  mos场效应管和结型场效应管有什么区别

  mos场效应管在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有极高的输入电阻。

  结型场效应管在栅极与沟道之间是反偏的pn结形成的门极电压控制。所以输入电阻不及mos场效应管.



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