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低壓MOS管的工作原理

發布時間:2023-09-28來源: 聯冀電子閱讀:834

      低壓MOS管是金屬氧化物半導體場效應(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類, P溝道硅MOS場效應晶體管在N型硅襯底上有兩個P+區,分別叫做源極和漏極,兩極之間不通導,源極上加有足夠的正電壓(柵極接地)時,柵極下的N型硅表面呈現P型反型層,成為連接源極和漏極的溝道。改變柵壓可以改變溝道中的空穴密度,從而改變溝道的電阻。這種MOS場效應晶體管稱為P溝道增強型場效應晶體管。如果N型硅襯底表面不加柵壓就已存在P型反型層溝道,加上適當的偏壓,可使溝道的電阻增大或減小。這樣的MOS場效應晶體管稱為P溝道耗盡型場效應晶體管。統稱為PMOS晶體管。


       P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下,PMOS晶體管的跨導小于N溝道MOS晶體管。此外,P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高,要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大,充電放電過程長,加之器件跨導小,所以工作速度更低,在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路)出現之后,多數已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價格便宜,有些中規模和小規模數字控制電路仍采用PMOS電路技術。


       MOSFET共有三個腳,一般為G、D、S,通過G、S間加控制信號時可以改變D、S間的導通和截止。PMOS和NMOS在結構上完全相像,所不同的是襯底和源漏的摻雜類型。簡單地說,NMOS是在P型硅的襯底上,通過選擇摻雜形成N型的摻雜區,作為NMOS的源漏區;PMOS是在N型硅的襯底上,通過選擇摻雜形成P型的摻雜區,作為PMOS的源漏區。兩塊源漏摻雜區之間的距離稱為溝道長度L,而垂直于溝道長度的有效源漏區尺寸稱為溝道寬度W。對于這種簡單的結構,器件源漏是完全對稱的,只有在應用中根據源漏電流的流向才能最后確認具體的源和漏。


PMOS的工作原理與NMOS相類似。因為PMOS是N型硅襯底,其中的多數載流子是電子,少數載流子是空穴,源漏區的摻雜類型是P型,所以,PMOS的工作條件是在柵上相對于源極施加負電壓,亦即在PMOS的柵上施加的是負電荷電子,而在襯底感應的是可運動的正電荷空穴和帶固定正電荷的耗盡層,不考慮二氧化硅中存在的電荷的影響,襯底中感應的正電荷數量就等于PMOS柵上的負電荷的數量。當達到強反型時,在相對于源端為負的漏源電壓的作用下,源端的正電荷空穴經過導通的P型溝道到達漏端,形成從源到漏的源漏電流。同樣地,VGS越負(絕對值越大),溝道的導通電阻越小,電流的數值越大。

 


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