mos场效应管的原理和应用优势

一、mos场效应管的定义

    mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

 

二、mos场效应管的工作原理（以N沟道增强型为例）

    （1）VGS=0时，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反偏，所以不存在导电沟道。

    VGS=0，ID=0

    VGS必须大于0

    管子才能工作。

    （2）VGS》0时，在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N区沟通，形成导电沟道。

    VGS》0→g吸引电子→反型层→导电沟道

    VGS↑→反型层变厚→VDS↑→ID↑

    （3）VGS≥VT时而VDS较小时：

    VDS↑→ID↑

    VT：开启电压，在VDS作

    用下开始导电时的VGS°

    VT=VGS—VDS

    （4）VGS》0且VDS增大到一定值后，靠近漏极的沟道被夹断，形成夹断区。

VDS↑→ID不变

 

三、mos场效应管的应用领域

1：工业领域、步进马达驱动、电钻工具、工业开关电源

2：新能源领域、光伏逆变、充电桩、无人机

3：交通运输领域、车载逆变器、汽车HID安定器、电动自行车

4：绿色照明领域、CCFL节能灯、LED照明电源、金卤灯镇流器

四、mos场效应管的优势

    1、场效应晶体管是电压控制元件，而双极结型晶体管是电流控制元件。在只允许从取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用双极晶体管。

    2、有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比双极晶体管好。

    3、场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而双极结型晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。因此被称之为双极型器件。

    4、场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。

    MOSFET在1960年由贝尔实验室（Bell Lab.）的D. Kahng和 Martin Atalla首次实作成功，这种元件的操作原理和1947年萧克莱（William Shockley）等人发明的双载流子结型晶体管（Bipolar Junction Transistor,BJT）截然不同，且因为制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的优势，在大型集成电路（Large-Scale Integrated Circuits,LSI）或是超大型集成电路（Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI）的领域里，重要性远超过BJT。

    由于MOSFET元件的性能逐渐提升，除了传统上应用于诸如微处理器、微控制器等数位信号处理的场合上，也有越来越多模拟信号处理的集成电路可以用MOSFET来实现，以下分别介绍这些应用。

 

五、mos场效应管操作原理

    MOSFET的：金属—氧化层—半导体电容

    金属—氧化层—半导体结构MOSFET在结构上以一个金属—氧化层—半导体的电容为（如前所述，今日的MOSFET多半以多晶硅取代金属作为其栅极材料），氧化层的材料多半是二氧化硅，其下是作为基极的硅，而其上则是作为栅极的多晶硅。这样子的结构正好等于一个电容器（capacitor），氧化层扮演电容器中介电质（dielectric material）的角色，而电容值由氧化层的厚度与二氧化硅的介电常数（dielectric constant）来决定。栅极多晶硅与基极的硅则成为MOS电容的两个端点。

    当一个电压施加在MOS电容的两端时，半导体的电荷分布也会跟著改变。考虑一个P型的半导体（空穴浓度为NA）形成的MOS电容，当一个正的电压VGB施加在栅极与基极端（如图）时，空穴的浓度会减少，电子的浓度会增加。当VGB够强时，接近栅极端的电子浓度会超过空穴。这个在P型半导体中，电子浓度（带负电荷）超过空穴（带正电荷）浓度的区域，便是所谓的反转层（inversion layer）。

    MOS电容的特性决定了MOSFET的操作特性，但是一个完整的MOSFET结构还需要一个提供多数载流子（majority carrier）的源极以及接受这些多数载流子的漏极。

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