一、MOS管的結(jié)構(gòu)組成
以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例，其構(gòu)建始于一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底。借助半導(dǎo)體光刻與擴(kuò)散工藝，在該襯底上形成兩個高摻雜濃度的N+區(qū)，并通過金屬鋁分別引出漏極D和源極S兩個電極。在漏極與源極之間的P型半導(dǎo)體表面，覆蓋一層極薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層膜。進(jìn)一步地，在這層絕緣層膜之上裝設(shè)一個鋁電極，即構(gòu)成柵極G。如此設(shè)計使得柵極與其他電極之間實現(xiàn)絕緣。
同樣地，若以一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體硅襯底為基礎(chǔ)，運用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作出兩個高摻雜濃度的P+區(qū)，并遵循與上述相同的柵極制作流程，便能制得P溝道增強(qiáng)型MOS管。以下是N溝道和P溝道MOS管的結(jié)構(gòu)圖及其代表符號示意。
二、MOS管的工作原理
核心基礎(chǔ)：MOS管的工作緊密依賴于MOS電容。MOS電容位于源極和漏極之間的氧化層下方的半導(dǎo)體表面。通過在柵極施加正電壓或負(fù)電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)該半導(dǎo)體表面從P型到N型的反轉(zhuǎn)。
開關(guān)特性：MOS管具備控制源極和漏極之間電壓與電流的能力，其工作原理類似于一個開關(guān)，而MOS電容則是這一開關(guān)功能的核心組件。
導(dǎo)電過程：當(dāng)漏源電壓（VDS）連接在漏極和源極之間時，漏極為正電壓，源極為負(fù)電壓。此時，漏極的PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，而源極的PN結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，通常情況下漏極與源極之間無電流流動。
溝道形成：若在柵極端子施加正電壓（VGG），由于靜電引力作用，P襯底中的少數(shù)載流子——電子將在柵極觸點處聚集，進(jìn)而在兩個N+區(qū)域之間構(gòu)建起導(dǎo)電橋。
電導(dǎo)率控制：在柵極接觸處積累的自由電子數(shù)量受施加正電壓強(qiáng)度的影響。電壓越高，電子積累所形成的N溝道寬度越大，電導(dǎo)率隨之提升，漏極電流（ID）便會在源極與漏極之間開始流動。
閾值電壓概念：當(dāng)柵極端子無電壓施加時，僅存在少量因少數(shù)載流子產(chǎn)生的電流。MOS管開始導(dǎo)通所需的最小電壓即為閾值電壓。
類型劃分：MOS管分為N溝道和P溝道兩類，每類又細(xì)分為增強(qiáng)型與耗盡型，共計四種類型：N溝道增強(qiáng)型管、N溝道耗盡型管、P溝道增強(qiáng)型管、P溝道耗盡型管。增強(qiáng)型管的特征為當(dāng)柵極-源極電壓UGS為零時，漏極電流也為零；而耗盡型管則是在UGS為零時漏極電流不為零。
三、增強(qiáng)型MOS管工作原理詳解
增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間存在兩個背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵-源電壓VGS為零時，即便施加漏-源電壓VDS，總有一個PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，導(dǎo)致漏-源極間缺乏導(dǎo)電溝道，無電流流過，此時漏極電流ID為零。
若在柵-源極間施加正向電壓，即VGS>0，柵極與硅襯底之間的SiO2絕緣層將產(chǎn)生一個由柵極指向P型硅襯底的電場。由于氧化物層的絕緣特性，柵極所加電壓VGS無法形成電流，于是在氧化物層兩側(cè)形成電容結(jié)構(gòu)。VGS相當(dāng)于對該電容充電并形成電場，隨著VGS的逐步升高，受柵極正電壓吸引，電容另一側(cè)聚集大量電子，形成從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道。當(dāng)VGS超過管子的開啟電壓VT（通常約為2V）時，N溝道管開始導(dǎo)通，漏極電流ID隨之產(chǎn)生。開啟導(dǎo)電溝道時的柵-源極電壓被稱為開啟電壓，以VT表示。
通過調(diào)控柵極電壓VGS的大小，可改變電場強(qiáng)度，進(jìn)而實現(xiàn)對漏極電流ID大小的控制。這正是MOS管利用電場控制電流的關(guān)鍵特性，因此其也被稱為場效應(yīng)管。
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