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電力mos場效應(yīng)管_場效應(yīng)mos管什么作用

振邦微科技 2023-03-23 00:33:10 芯片常識 215 ℃ 3 評論

什么叫mos場效應(yīng)管

1.概念:

場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.

特點:

具有輸入電阻高（100000000～1000000000Ω）、噪聲小、功耗低、動態(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,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者.

作用:

場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大.由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器.

場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān).

場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換.常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換.場效應(yīng)管可以用作可變電阻.場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源.

2.場效應(yīng)管的分類:

場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類

按溝道材料:結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種.

按導(dǎo)電方式:耗盡型與增強型,結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型,絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的,也有增強型的。

場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管,而MOS場效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類.見下圖 :

3.場效應(yīng)管的主要參數(shù) :

Idss — 飽和漏源電流.是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中,柵極電壓UAH=0時的漏源電流.

Up — 夾斷電壓.是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中,使漏源間剛截止時的柵極電壓.

Ut — 開啟電壓.是指增強型絕緣柵場效管中,使漏源間剛導(dǎo)通時的柵極電壓.

gM — 跨導(dǎo).是表示柵源電壓UAH — 對漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID變化量與柵源電壓UAH變化量的比值.gM 是衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù).

BVDS — 漏源擊穿電壓.是指柵源電壓UAH一定時,場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓.這是一項極限參數(shù),加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BVDS.

PDSM — 最大耗散功率,也是一項極限參數(shù),是指場效應(yīng)管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率.使用時,場效應(yīng)管實際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量.

IDSM — 最大漏源電流.是一項極限參數(shù),是指場效應(yīng)管正常工作時,漏源間所允許通過的最大電流.場效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM

4.結(jié)型場效應(yīng)管的管腳識別:

判定柵極G:將萬用表撥至R×1k檔,用萬用表的負極任意接一電極,另一只表筆依次去接觸其余的兩個極,測其電阻.若兩次測得的電阻值近似相等,則負表筆所接觸的為柵極,另外兩電極為漏極和源極.漏極和源極互換,若兩次測出的電阻都很大,則為N溝道;若兩次測得的阻值都很小,則為P溝道.

判定源極S、漏極D:

在源-漏之間有一個PN結(jié),因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異,可識別S極與D極.用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極,紅表筆接D極.

5.常效應(yīng)管與晶體三極管的比較

場效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件.在只允許從信號源取較少電流的情況下,應(yīng)選用場效應(yīng)管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管.

場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱之為雙極型器件.

有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比晶體管好.

場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用.

一、場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理及特性場效應(yīng)管有結(jié)型和絕緣柵兩種結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)又有N溝道和P溝道兩種導(dǎo)電溝道。

1、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）

（1）結(jié)構(gòu)原理它的結(jié)構(gòu)及符號見圖1 。在N型硅棒兩端引出漏極D和源極S兩個電極，又在硅棒的兩側(cè)各做一個P區(qū)，形成兩個PN結(jié)。在P區(qū)引出電極并連接起來，稱為柵極Go這樣就構(gòu)成了N型溝道的場效應(yīng)管

圖1 、N溝道結(jié)構(gòu)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及符號

由于PN結(jié)中的載流子已經(jīng)耗盡，故PN基本上是不導(dǎo)電的，形成了所謂耗盡區(qū)，從圖1中可見，當(dāng)漏極電源電壓ED一定時，如果柵極電壓越負，PN結(jié)交界面所形成的耗盡區(qū)就越厚，則漏、源極之間導(dǎo)電的溝道越窄，漏極電流ID就愈小；反之，如果柵極電壓沒有那么負，則溝道變寬，ID變大，所以用柵極電壓EG可以控制漏極電流ID的變化，就是說，場效應(yīng)管是電壓控制元件。

（2）特性曲線

1）轉(zhuǎn)移特性

圖2（a）給出了N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的柵壓---漏流特性曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，它和電子管的動態(tài)特性曲線非常相似，當(dāng)柵極電壓VAH=0時的漏源電流。用IDSS表示。VAH變負時，ID逐漸減小。ID接近于零的柵極電壓稱為夾斷電壓，用VP表示，在0≥VAH≥VP的區(qū)段內(nèi)，ID與VAH的關(guān)系可近似表示為：

ID=IDSS（1-|VAH/VP|）

其跨導(dǎo)gm為：gm=（△ID/△VAH）|VDS=常微（微歐）|

式中：△ID------漏極電流增量（微安）

------△VAH-----柵源電壓增量（伏）

圖2、結(jié)型場效應(yīng)管特性曲線

2）漏極特性（輸出特性）

圖2(b)給出了場效應(yīng)管的漏極特性曲線，它和晶體三極管的輸出特性曲線很相似。

①可變電阻區(qū)（圖中I區(qū)）在I區(qū)里VDS比較小，溝通電阻隨柵壓VAH而改變，故稱為可變電阻區(qū)。當(dāng)柵壓一定時，溝通電阻為定值，ID隨VDS近似線性增大，當(dāng)VAH＜VP時，漏源極間電阻很大（關(guān)斷）。IP=0；當(dāng)VAH=0時，漏源極間電阻很小（導(dǎo)通），ID=IDSS 。這一特性使場效應(yīng)管具有開關(guān)作用。

②恒流區(qū)（區(qū)中II區(qū)）當(dāng)漏極電壓VDS繼續(xù)增大到VDS＞|VP|時，漏極電流，IP達到了飽和值后基本保持不變，這一區(qū)稱為恒流區(qū)或飽和區(qū)，在這里，對于不同的VAH漏極特性曲線近似平行線，即ID與VAH成線性關(guān)系，故又稱線性放大區(qū)。

③擊穿區(qū)（圖中Ⅲ區(qū)）如果VDS繼續(xù)增加，以至超過了PN結(jié)所能承受的電壓而被擊穿，漏極電流ID突然增大，若不加限制措施，管子就會燒壞。

2 、絕緣柵場效應(yīng)管

它是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體所組成，所以又稱為金屬---氧化物---半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱MOS場效應(yīng)管。

（1）結(jié)構(gòu)原理

它的結(jié)構(gòu)、電極及符號見圖3所示，以一塊P型薄硅片作為襯底，在它上面擴散兩個高雜質(zhì)的N型區(qū) ，作為源極S和漏極D。在硅片表覆蓋一層絕緣物，然后再用金屬鋁引出一個電極G（柵極）由于柵極與其它電極絕緣，所以稱為絕緣柵場面效應(yīng)管。

圖3、N溝道（耗盡型）絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及符號

在制造管子時，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VAH=0時也有較大的漏極電流ID 。當(dāng)柵極電壓改變時，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

場效應(yīng)管的式作方式有兩種：當(dāng)柵壓為零時有較大漏極電流的稱為耗散型，當(dāng)柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強型。

（2）特性曲線

1）轉(zhuǎn)移特性（柵壓----漏流特性）

圖4（a）給出了N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移行性曲線，圖中Vp為夾斷電壓（柵源截止電壓）；IDSS為飽和漏電流。

圖4（b）給出了N溝道增強型絕緣柵場效管的轉(zhuǎn)移特性曲線，圖中Vr為開啟電壓，當(dāng)柵極電壓超過VT時，漏極電流才開始顯著增加。

2）漏極特性（輸出特性）

圖5（a）給出了N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的輸出特性曲線。

圖5(b)為N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管的輸出特性曲線。

圖4 、N溝道MOS場效管的轉(zhuǎn)移特性曲線

圖5、N溝道MOS場效應(yīng)管的輸出特性曲線

此外還有N襯底P溝道（見圖1）的場效應(yīng)管，亦分為耗盡型號增強型兩種，

各種場效應(yīng)器件的分類，電壓符號和主要伏安特性（轉(zhuǎn)移特性、輸出特性）二、場效應(yīng)管的主要參數(shù)

1、夾斷電壓VP

當(dāng)VDS為某一固定數(shù)值，使IDS等于某一微小電流時，柵極上所加的偏壓VAH就是夾斷電壓VP。

2、飽和漏電流IDSS

在源、柵極短路條件下，漏源間所加的電壓大于VP時的漏極電流稱為IDSS。

3、擊穿電壓BVDS

表示漏、源極間所能承受的最大電壓，即漏極飽和電流開始上升進入擊穿區(qū)時對應(yīng)的VDS 。

4 、直流輸入電阻RAH

在一定的柵源電壓下，柵、源之間的直流電阻，這一特性有以流過柵極的電流來表示，結(jié)型場效應(yīng)管的RAH可達1000000000歐而絕緣柵場效應(yīng)管的RAH可超過10000000000000歐。

5、低頻跨導(dǎo)gm

漏極電流的微變量與引起這個變化的柵源電壓微數(shù)變量之比，稱為跨導(dǎo)，即

gm= △ID/△VAH

它是衡量場效應(yīng)管柵源電壓對漏極電流控制能力的一個參數(shù)，也是衡量放大作用的重要參數(shù)，此參靈敏常以柵源電壓變化1伏時，漏極相應(yīng)變化多少微安（μA/V）或毫安（mA/V）來表示

電力mos場效應(yīng)管_場效應(yīng)mos管什么作用,第1張

mos管的工作原理

目前主板或顯卡上使用的MOS管并不太多，一般有10個左右。主要原因是大部分MOS管集成在IC芯片中。因為MOS管主要為配件提供穩(wěn)定的電壓，所以一般用在CPU 、AGP插槽、內(nèi)存插槽附近。其中，CPU和AGP插槽附近布置了一組MOS管，而內(nèi)存插槽共用一組MOS管。一般來說，MOS管兩個一組出現(xiàn)在主板上。工作原理雙極晶體管將輸入端的小電流變化放大，然后在輸出端輸出大的電流變化。雙極晶體管的增益定義為輸出電流與輸入電流之比(β)。另一種晶體管叫FET，把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。它們是電流控制裝置和電壓控制裝置。FET的增益等于其跨導(dǎo))gm，跨導(dǎo)定義為輸出電流的變化與輸入電壓的變化之比。FET的名字也來源于它的輸入柵極(稱為gate) ，它通過在絕緣層(氧化物SIO2)上投射電場來影響流經(jīng)晶體管的電流。實際上沒有電流流過這個絕緣體(只是電容的作用)，所以FET的柵極電流很小(電容的電流損耗) 。最常見的FET在柵電極下使用一薄層二氧化硅作為絕緣體。這種晶體管被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。

mos場效應(yīng)晶體管功率有多大

mos場效應(yīng)晶體管功率5000w

MOS場效應(yīng)管也被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET) 。它一般有耗盡型和增強型兩種。增強型MOS場效應(yīng)管可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型電力mos場效應(yīng)管 ，PNP型也叫P溝道型。對于N溝道電力mos場效應(yīng)管的場效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上電力mos場效應(yīng)管，同樣對于P溝道電力mos場效應(yīng)管的場效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。場效應(yīng)管的輸出電流是由輸入的電壓（或稱電場）控制，可以認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，同時這也是我們稱之為場效應(yīng)管的原因。

mos管是什么原理，起什么作用的

MOS管的原理：

它是利用VAH來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷 ”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達到控制漏極電流的目的。在制造管子時，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VAH=0時也有較大的漏極電流ID 。當(dāng)柵極電壓改變時，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

作用：

1、可應(yīng)用于放大電路。由于MOS管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。

2、很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3 、可以用作可變電阻。

4、可以方便地用作恒流源。

5、可以用作電子開關(guān)。

簡介：

mos管，即在集成電路中絕緣性場效應(yīng)管。是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管?；蛘叻Q是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，都是在P型backgate中形成的N型區(qū) 。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

結(jié)構(gòu)特點：

MOS管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示;其導(dǎo)通時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。

n溝道m(xù)os管? ? ? ? ? ? ? ? ?

p溝道m(xù)os管

其主要特點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)通時在兩個高濃度n擴散區(qū)間形成n型導(dǎo)電溝道。n溝道增強型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，就有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。

什么是MOS場效應(yīng)管？

mos管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管。

或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。

MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū) 。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比（beta）。另一種晶體管，叫做場效應(yīng)管（FET），把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance ，定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。場效應(yīng)管的名字也來源于它的輸入端（稱為gate）通過投影一個電場在一個絕緣層上來影響流過晶體管的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，或,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）。因為MOS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場合取代了雙極型晶體管。

MOS管的工作原理：

先考察一個更簡單的器件－MOS電容－能更好的理解MOS管。這個器件有兩個電極，一個是金屬，另一個是extrinsic silicon ，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開。金屬極就是GATE，而半導(dǎo)體端就是backgate或者body。他們之間的絕緣氧化層稱為gate dielectric。圖示中的器件有一個輕摻雜P型硅做成的backgate 。這個MOS 電容的電特性能通過把backgate接地，gate接不同的電壓來說明。MOS電容的GATE電位是0V。金屬GATE和半導(dǎo)體BACKGATE在WORK FUNC深圳振邦微 ON上的差異在電介質(zhì)上產(chǎn)生了一個小電場。在器件中，這個電場使金屬極帶輕微的正電位，P型硅負電位。這個電場把硅中底層的電子吸引到表面來，它同時把空穴排斥出表面。這個電場太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對器件整體的特性影響也非常小。

當(dāng)MOS電容的GATE相對于BACKGATE正偏置時發(fā)生的情況。穿過GATE DIELECTRIC的電場加強了，有更多的電子從襯底被拉了上來。同時，空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高，會出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為inversion，反轉(zhuǎn)的硅層叫做channel。隨著GATE電壓的持續(xù)不斷升高，越來越多的電子在表面積累，channel變成了強反轉(zhuǎn) 。Channel形成時的電壓被稱為閾值電壓Vt。當(dāng)GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時，不會形成channel。當(dāng)電壓差超過閾值電壓時，channel就出現(xiàn)了。

MOS電容：（A）未偏置（VBG＝0V），（B）反轉(zhuǎn)（VBG＝3V），（C）積累（VBG＝-3V）。中是當(dāng)MOS電容的GATE相對于backgate是負電壓時的情況。電場反轉(zhuǎn) ，往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了，這個器件被認為是處于accumulation狀態(tài)了。 MOS電容的特性能被用來形成MOS管。Gate，電介質(zhì)和backgate保持原樣。在GATE的兩邊是兩個額外的選擇性摻雜的區(qū)域。其中一個稱為source，另一個稱為drain。假設(shè)source 和backgate都接地，drain接正電壓。只要GATE對BACKGATE的電壓仍舊小于閾值電壓，就不會形成channel 。Drain和backgate之間的PN結(jié)反向偏置，所以只有很小的電流從drain流向backgate。如果GATE電壓超過了閾值電壓，在GATE電介質(zhì)下就出現(xiàn)了channel。這個channel就像一薄層短接drain和source的N型硅。由電子組成的電流從source通過channel流到drain?？偟膩碚f，只有在gate 對source電壓V 超過閾值電壓Vt時，才會有drain電流。

在對稱的MOS管中，對source和drain的標注有一點任意性。定義上，載流子流出source，流入drain。因此Source和drain的身份就靠器件的偏置來決定了。有時晶體管上的偏置電壓是不定的，兩個引線端就會互相對換角色。這種情況下，電路設(shè)計師必須指定一個是drain另一個是source。

Source和drain不同摻雜不同幾何形狀的就是非對稱MOS管。制造非對稱晶體管有很多理由，但所有的最終結(jié)果都是一樣的。一個引線端被優(yōu)化作為drain ，另一個被優(yōu)化作為source。如果drain和source對調(diào)，這個器件就不能正常工作了。

晶體管有N型channel所有它稱為N-channel MOS管，或NMOS。P-channel MOS（PMOS）管也存在，是一個由輕摻雜的N型BACKGATE和P型source和drain組成的PMOS管。如果這個晶體管的GATE相對于BACKGATE正向偏置，電子就被吸引到表面，空穴就被排斥出表面。硅的表面就積累，沒有channel形成。如果GATE相對于BACKGATE反向偏置，空穴被吸引到表面，channel形成了。因此PMOS管的閾值電壓是負值。由于NMOS管的閾值電壓是正的，PMOS的閾值電壓是負的，所以工程師們通常會去掉閾值電壓前面的符號。一個工程師可能說，“PMOS Vt從0.6V上升到0.7V”，實際上PMOS的Vt是從-0.6V下降到-0.7V 。