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場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖-場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖應(yīng)用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-08-09 

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場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖

MOS 場(chǎng)效應(yīng)管也被稱為MOS FET, 既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)的縮寫。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種。


場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖-MOS管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

MOS管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示:其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電,是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同,但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別,小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?,功率MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),又稱為VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。


其主要特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層,因此具有很高的輸入電阻,該管導(dǎo)通時(shí)在兩個(gè)高濃度n擴(kuò)散區(qū)間形成n型導(dǎo)電溝道。n溝道增強(qiáng)型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓,且只有柵源電壓大于閾值電壓時(shí)才有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加?xùn)艍?柵源電壓為零)時(shí),就有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。


場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖詳解

場(chǎng)效應(yīng)管,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖5。它可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型也叫P溝道型。由圖可看出,對(duì)于N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,同樣對(duì)于P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管,其輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場(chǎng))控制,可以認(rèn)為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。

場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖


為解釋MOS場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖,我們先了解一下僅含有一個(gè)P—N結(jié)的二極管的工作過程。如圖6所示,我們知道在二極管加上正向電壓(P端接正極,N端接負(fù)極)時(shí),二極管導(dǎo)通,其PN結(jié)有電流通過。這是因?yàn)樵赑型半導(dǎo)體端為正電壓時(shí),N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端,而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N型半導(dǎo)體端運(yùn)動(dòng),從而形成導(dǎo)通電流。同理,當(dāng)二極管加上反向電壓(P端接負(fù)極,N端接正極)時(shí),這時(shí)在P型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓,正電子被聚集在P型半導(dǎo)體端,負(fù)電子則聚集在N型半導(dǎo)體端,電子不移動(dòng),其PN結(jié)沒有電流通過,二極管截止。


場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖


對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管(見圖7),在柵極沒有電壓時(shí),由前面分析可知,在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過,此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)(圖7a)。當(dāng)有一個(gè)正電壓加在N溝道的MOS


場(chǎng)效應(yīng)管柵極上時(shí),由于電場(chǎng)的作用,此時(shí)N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來而涌向柵極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導(dǎo)體中(見圖7b),從而形成電流,使源極和漏極之間導(dǎo)通。我們也可以想像為兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由柵壓的大小決定。圖8給出了P溝道的MOS


場(chǎng)效應(yīng)管的工作過程,其工作原理類似這里不再重復(fù)。


場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖


下面簡(jiǎn)述一下用C-MOS場(chǎng)效應(yīng)管(增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)組成的應(yīng)用電路的工作過程(見圖9)。電路將一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時(shí),P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時(shí),N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源地接通。在該電路中,P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時(shí)由于漏電流的影響,使得柵壓在還沒有到0V,通常在柵極電壓小于1到2V時(shí),MOS場(chǎng)效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因?yàn)槿绱耍?/span>


使得該電路不會(huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路。


場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖


由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場(chǎng)效應(yīng)管電路部分的工作過程(見圖10)。工作原理同前所述。


場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件,具有輸入電阻高(108~109Ω)、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。


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場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖

場(chǎng)效應(yīng)管工作原理圖

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