?n溝道m(xù)os管原理，nmos工作條件詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2025-02-12
n溝道m(xù)os管稱為nmos，用以下符號(hào)表示。
nmos管常用于大功率設(shè)備，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、開關(guān)電源和逆變器等。其工作原理是基于電壓型驅(qū)動(dòng)方式，小電壓控制大電壓，使用起來比較方便。
mos管的工作取決于mos電容，它是源極和漏極之間的氧化層下方的半導(dǎo)體表面。只需分別施加正柵極電壓或負(fù)柵極電壓，即可將其從p型反轉(zhuǎn)為n型。
mos管的主要原理是能夠控制源極和漏極之間的電壓和電流。它的工作原理幾乎就像一個(gè)開關(guān)，設(shè)備的功能基于mos電容。mos電容是mos管的的主要部分。
當(dāng)漏源電壓（VDS）連接在漏極和源極之間時(shí)，正電壓施加到漏極，負(fù)電壓施加到源極。在這里，漏極的Pn結(jié)是反向偏置的，而源極的Pn結(jié)是正向偏置的。在這個(gè)階段，漏極和源極之間不會(huì)有任何電流流動(dòng)。
如果我們將正電壓(VGG)施加到柵極端子，由于靜電引力，P襯底中的少數(shù)電荷載流子（電子）將開始積聚在柵極觸點(diǎn)上，從而在兩個(gè)n+區(qū)域之間形成導(dǎo)電橋。
在柵極接觸處積累的自由電子的數(shù)量取決于施加的正電壓的強(qiáng)度。施加的電壓越高，由于電子積累而形成的n溝道寬度越大，這最終會(huì)增加電導(dǎo)率，并且漏極電流(ID)將開始在源極和漏極之間流動(dòng)。
當(dāng)沒有電壓施加到柵極端子時(shí)，除了由于少數(shù)電荷載流子而產(chǎn)生的少量電流外，不會(huì)有任何電流流動(dòng)。mos管開始導(dǎo)通的最小電壓稱為閾值電壓。
n溝道m(xù)os管為例子來了解mos管工作原理。取一個(gè)輕摻雜的P型襯底，其中擴(kuò)散了兩個(gè)重?fù)诫s的n型區(qū)域，作為源極和漏極。在這兩個(gè)n+區(qū)域之間，發(fā)生擴(kuò)散以形成n溝道，連接漏極和源極。
在整個(gè)表面上生長一層薄薄的二氧化硅(SiO2)，并制作孔以繪制用于漏極和源極端子的歐姆接觸。鋁的導(dǎo)電層覆蓋在整個(gè)通道上，在這個(gè)SiO2層上，從源極到漏極，構(gòu)成柵極。SiO2襯底連接到公共或接地端子。
由于其結(jié)構(gòu)，mos管的芯片面積比BJT小得多，與雙極結(jié)型晶體管相比，其占用率僅為5%。
n溝道m(xù)os管（耗盡型）的工作原理
首先，我們認(rèn)為在柵極和溝道之間不存在Pn結(jié)。我們可以觀察到，擴(kuò)散溝道n（兩個(gè)n+區(qū)域之間）、絕緣介質(zhì)SiO2和柵極的鋁金屬層共同形成了一個(gè)平行板電容器。
如果nmos管必須工作在耗盡模式，則柵極端應(yīng)為負(fù)電位，漏極為正電位，如下圖所示。
當(dāng)柵極和源極之間沒有施加電壓時(shí)，由于漏極和源極之間的電壓，一些電流會(huì)流動(dòng)。讓一些負(fù)電壓施加在VGG上。然后少數(shù)載流子即空穴被吸引并在SiO2層附近沉降。但是多數(shù)載流子，即電子被排斥。
在VGG處具有一定量的負(fù)電位時(shí)，一定量的漏極電流ID流過源極到漏極。當(dāng)這個(gè)負(fù)電位進(jìn)一步增加時(shí)，電子被耗盡，電流ID減小。因此，施加的VGG越負(fù)，漏極電流ID的值就越小。
靠近漏極的通道比源極（如FET）消耗得更多，并且由于這種效應(yīng)，電流會(huì)減少。
n溝道m(xù)os管的工作原理（增強(qiáng)型）
如果我們可以改變電壓VGG的極性，相同的mos管可以在增強(qiáng)模式下工作。因此，我們考慮柵極源極電壓VGG為正的mos管，如下圖所示。
當(dāng)柵極和源極之間沒有施加電壓時(shí)，由于漏極和源極之間的電壓，一些電流會(huì)流動(dòng)。讓一些正電壓施加在VGG上。然后少數(shù)載流子即空穴被排斥而多數(shù)載流子即電子被吸引向SiO2層。
在VGG處具有一定量的正電位時(shí)，一定量的漏極電流ID流過源極到漏極。當(dāng)該正電位進(jìn)一步增加時(shí)，電流ID由于來自源極的電子流動(dòng)而增加，并且由于施加在VGG的電壓而進(jìn)一步推動(dòng)這些電流。因此，施加的VGG越正，漏極電流ID的值就越大。由于電子流的增加比耗盡模式更好，電流得到增強(qiáng)。因此，這種模式被稱為增強(qiáng)模式mos管。
1.導(dǎo)通條件：nmos管的導(dǎo)通條件是柵極電壓（Vg）高于源極電壓（Vs），且二者之間的壓差（Vgs)大于閾值電壓（Vgs（th))。即當(dāng)[Vg-Vs>Vgs（th)]時(shí)，nmos管的柵極下方會(huì)形成反型層（n型溝道），使得源極和漏極之間導(dǎo)通。
2.導(dǎo)通特性：nmos管在導(dǎo)通后，相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)閉合，壓降幾乎為0。雖然導(dǎo)通壓降幾乎為O，但會(huì)有一個(gè)內(nèi)阻RDSon。此外，GS極之間是一個(gè)電容，只有電容充滿電后mos才會(huì)導(dǎo)通。一般的mos管DS極之間會(huì)自帶一個(gè)肖特基二極管，增強(qiáng)mos的性能。
3.截止條件：要讓nmos管截止（斷開），只需取消掉柵極電壓即可。但是要注意，必須想辦法給GS間那個(gè)電容放電（并聯(lián)一個(gè)電阻）。
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