MOS管的结构和工作原理
半导体基础知识mos管的结构和工作原理
uGS uDS iD
s
gd
uGS uDS iD
s
gd
N
N
N
N
P
P
B
B
•uGS对iD的影响：uGS↑→沟道宽度↑→iD↑
23
（2）特性曲线与电流方程
iD IDO
★
iD 预夹断轨迹uDS=uGS-UGS(th)
IDO 可变
UGS3=2UGS(th)
电阻区 恒流区 UGS2
O
UGS(th) 2UGS(th) uGS O
+4
+5
+4
多余电子
5
2）P型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。 多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
6
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
s N沟道
d
B g
s P沟道
B 20
（1）工作原理 通常源极和衬底是连在一起的 ①GS间开路时 此时，漏源间有两个背靠背的PN结， 因此DS间接什么电压，都不会有电 流产生。即此时不存在导电沟道。
②uGS>0，DS短接 此时，栅极接正，衬底接负，衬底中的 多子空穴被排斥到下方，上面形成耗尽 层。且uGS越大，耗尽层越宽。
20℃ 数值后，才有明显的正向电流。
硅：Uon=0.5V；锗：Uon=0.1V
U(BR) IS
0 Uon
正向导通电压U范围：
硅：0.6~0.8V（计算时取0.7V），U=0.7
什么是MOS管-MOS管结构原理图解
什么是MOS管-MOS管结构原理图解————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：什么是MOS管?MOS管结构原理图解增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道，在VDS作用下无iD；耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道，在VDS作用下iD。
1、结构和符号(以N沟道增强型为例)在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极，半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。
其他MOS管符号2、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 =0VGS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3、特性曲线(以N沟道增强型为例)场效应管的转移特性曲线动画4、其它类型MOS管(1)N沟道耗尽型：制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子，所以即使在VGS=0时，由于正离子的作用，两个N区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。
(2)P沟道增强型：VGS = 0时，ID = 0开启电压小于零，所以只有当VGS < 0时管子才能工作。
(3)P沟道耗尽型：制造时在栅极绝缘层中掺有大量的负离子，所以即使在VGS=0 时，由于负离子的作用，两个P区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。
通俗易懂讲解MOS管
通俗易懂讲解MOS管什么是MOS管？MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型。
因此，MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。
在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。
1、MOS管的构造在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作为漏极D和源极S。
然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜，在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极，作为栅极G。
这就构成了一个N沟道（NPN型）增强型MOS管。
显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。
图1-1所示 A 、B分别是它的结构图和代表符号。
同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区，及上述相同的栅极制作过程，就制成为一个P沟道（PNP型）增强型MOS 管。
下图所示分别是N沟道和P沟道MOS管道结构图和代表符号。
2、MOS管的工作原理增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。
当栅-源电压VGS=0时，即使加上漏-源电压VDS，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道（没有电流流过），所以这时漏极电流ID=0。
此时若在栅-源极间加上正向电压，即VGS＞0，则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个栅极指向P型硅衬底的电场，由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压VGS无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容，VGS等效是对这个电容充电，并形成一个电场，随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的N型导电沟道，当VGS大于管子的开启电压VT（一般约为 2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID，我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，一般用VT表示。
了解MOS管，看这个就够了！
了解MOS管，看这个就够了！MOS管学名是场效应管，是⾦属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。
本⽂就结构构造、特点、实⽤电路等⼏个⽅⾯⽤⼯程师的话简单描述。
其结构⽰意图：解释1：沟道上⾯图中，下边的p型中间⼀个窄长条就是沟道，使得左右两块P型极连在⼀起，因此mos管导通后是电阻特性，因此它的⼀个重要参数就是导通电阻，选⽤mos管必须清楚这个参数是否符合需求。
解释2：n型上图表⽰的是p型mos管，读者可以依据此图理解n型的，都是反过来即可。
因此，不难理解，n 型的如图在栅极加正压会导致导通，⽽p型的相反。
解释3：增强型相对于耗尽型，增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，如图。
栅极电压越低，则p型源、漏极的正离⼦就越靠近中间，n衬底的负离⼦就越远离栅极，栅极电压达到⼀个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离⼦连在⼀起，形成通道，就是图⽰效果。
因此，容易理解，栅极电压必须低到⼀定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越⼩。
由于电场的强度与距离平⽅成正⽐，因此，电场强到⼀定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n 型负离⼦的“退让”是越来越难的。
耗尽型的是事先做出⼀个导通层，⽤栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。
但这种管⼦⼀般不⽣产，在市⾯基本见不到。
所以，⼤家平时说mos管，就默认是增强型的。
解释4：左右对称图⽰左右是对称的，难免会有⼈问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。
但在实际应⽤中，⼚家⼀般在源极和漏极之间连接⼀个⼆极管，起保护作⽤，正是这个⼆极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实⽤。
我的⽼师年轻时⽤过不带⼆极管的mos管。
⾮常容易被静电击穿，平时要放在铁质罐⼦⾥，它的源极和漏极就是随便接。
解释5：⾦属氧化物膜图中有指⽰，这个膜是绝缘的，⽤来电⽓隔离，使得栅极只能形成电场，不能通过直流电，因此是⽤电压控制的。
在直流电⽓上，栅极和源漏极是断路。
MOS管工作原理
MOS管工作原理MOS管全名金氧半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一种重要的电子器件，广泛应用于数字电路、模拟电路和功率电子等领域。
MOS管具有很高的输入阻抗、较低的功耗和较小的面积占用，可用于实现各种信号放大、开关和逻辑功能。
它的工作原理主要包括导通和截止两个状态，在这两个状态之间通过控制栅极电压可以实现电流的控制。
众所周知，半导体材料的导电性能是通过控制载流子数量和移动来实现的。
而MOS管的工作原理就是通过改变材料中载流子的浓度和运动率来控制电流。
MOS管的结构包括金属栅、氧化层和半导体基底。
金属栅是MOS管的控制端，通过改变栅电压来控制电流。
氧化层是隔离栅和基底的绝缘层，防止电流通过。
半导体基底是承载载流子的材料。
当栅极电压为零时，栅和基底之间存在反型氧化绝缘层，在这种情况下MOS管是截止状态的，不会通过电流。
当正向偏置栅极电压时，栅电场会吸引N型基底中的自由电子或P型基底中的空穴聚集在栅电场下方，从而形成一个导电通道。
这个导电通道连接了MOS管的源极和漏极，电流可以通过导线流过。
在导通状态下，由于栅电场的存在，导电通道中的载流子数量和运动率会改变，从而影响电流的大小。
当栅极电压增加时，导电通道中的自由电子数量增加，电流增加；当栅极电压减少时，自由电子数量减少，电流减小。
因此，MOS管的电流是通过栅极电压来控制的。
与MOS管的导通状态相反，在截止状态下，MOS管的栅电场不够强，无法形成导电通道，电流无法通过。
这样，MOS管就可以起到开关的作用，可以实现信号的放大和逻辑操作。
MOS管的工作原理与材料的性质密切相关。
N沟道型MOS（N-channel MOS）和P沟道型MOS（P-channel MOS）是两种常见的MOS管，它们的导电通道是由不同类型的半导体产生的。
在N沟道型MOS中，导电通道是由N型半导体提供的自由电子形成的。
mos管的导通原理
MOS管（MOSFET）是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的缩写。
它是一种电子器件，用于控制电流流动的导通和截断。
MOS管的导通原理基于场效应。
它通过控制栅极电压来调节导电层（沟道）中的电荷浓度，进而控制电流的流动。
MOS管由四个主要部分组成：
1. 源极（Source）：电流的进入端。
2. 漏极（Drain）：电流的流出端。
3. 栅极（Gate）：用于控制沟道中的电流的栅极电压。
4. 沟道（Channel）：源极和漏极之间的导电区域。
MOS管的导通过程如下：
1. 堆积：当栅极电压高于阈值电压时，栅极和沟道之间的氧化层下方会形成一层带电的正离子区。
这些正离子吸引了电子，并在沟道中形成一个导通通道。
2. 增强：当正离子沉积在沟道上时，它们与直接从源极流向漏极的电子相互作用，形成导电通道。
在这个过程中，电子从源极通过导通通道到达漏极，形成电流的流动。
3. 控制：通过调节栅极电压，可以控制正离子沉积的数量和导通通道的宽度。
增加栅极电压会增加正离子沉积的数量，导通通道变宽，电流流动增加；减少栅极电压则会减小正离子沉积的数量，导通通道变窄，电流流动减少。
总之，MOS管的导通原理是通过控制栅极电压来调节栅极和沟道之间的电荷分布，从而形成一个导通通道，实现电流的控制和流动。
mos管的工作原理
mos管的工作原理MOS管的工作原理。
MOS管，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，是一种常用的半导体器件，广泛应用于集成电路和电子设备中。
它的工作原理是基于半导体材料的特性和场效应的原理，通过控制栅极电场来调节漏极和源极之间的电流，实现信号放大、开关控制等功能。
MOS管由金属-氧化物-半导体三层结构组成，其中金属层作为栅极，氧化物层作为绝缘层，半导体层作为导电层。
当在栅极上加上一定电压时，栅极与半导体之间就会形成一个电场，这个电场会影响半导体内部的载流子分布，从而改变漏极和源极之间的电流。
MOS管的工作原理可以简单描述为，当栅极上施加正电压时，形成的电场会吸引半导体内的自由电子，使得漏极和源极之间形成导通通道，电流可以通过；而当栅极上施加负电压时，电场会排斥自由电子，导致通道关闭，电流无法通过。
在实际应用中，MOS管可以用作放大器、开关、逻辑门等功能。
在放大器中，通过调节栅极电压，可以控制漏极和源极之间的电流，实现信号的放大；在开关中，通过控制栅极电压，可以实现开闭状态的切换；在逻辑门中，可以根据输入信号的不同，控制输出信号的高低电平。
除了基本的工作原理外，MOS管还有一些特殊的工作模式，如饱和区和截止区。
在饱和区，栅极电压足够高，使得漏极和源极之间的电流达到最大值；而在截止区，栅极电压不足，导致电流几乎为零。
这些特殊的工作模式为MOS管的应用提供了更多的可能性。
总的来说，MOS管作为一种重要的半导体器件，其工作原理基于场效应的调节原理，通过控制栅极电场来实现电流的调节和控制。
在实际应用中，MOS管可以实现信号放大、开关控制等功能，对于现代电子设备的发展具有重要意义。
通过深入理解MOS管的工作原理，可以更好地应用它，推动电子技术的发展。
碳化硅mos管结构及其工作原理详解
一、碳化硅MOS管的结构1.1 介绍碳化硅MOS管1.2 碳化硅MOS管的组成结构1.3 碳化硅MOS管的工艺制作二、碳化硅MOS管的工作原理2.1 碳化硅MOS管的电子能级结构2.2 碳化硅MOS管的导电性机制2.3 碳化硅MOS管的性能特点三、碳化硅MOS管的应用3.1 新能源领域3.2 电动汽车领域3.3 电力电子领域文章：碳化硅MOS管结构及其工作原理详解一、碳化硅MOS管的结构1.1 介绍碳化硅MOS管碳化硅MOS管是一种基于碳化硅材料制作的金属氧化物半导体场效应管。
它具有高开关速度、低导通电阻、高耐压等优点，被广泛应用于新能源领域、电动汽车领域和电力电子领域。
1.2 碳化硅MOS管的组成结构碳化硅MOS管由栅极、漏极、源极和氧化层组成。
其中栅极和源、漏极之间的氧化层构成了MOS结构。
1.3 碳化硅MOS管的工艺制作碳化硅MOS管的制作工艺包括晶片制备、材料外延、器件加工等环节。
在制备过程中，需要严格控制材料的纯度和晶片的质量，确保器件性能稳定可靠。
二、碳化硅MOS管的工作原理2.1 碳化硅MOS管的电子能级结构碳化硅MOS管具有宽禁带宽度和高击穿场强，其导电机制主要通过倒转层边沿击穿和倒转层电子-电子冲击电离两种方式进行。
2.2 碳化硅MOS管的导电性机制碳化硅材料的电子迁移率和电子饱和漂移速度较高，因此碳化硅MOS 管具有较高的导电性能。
在工作过程中，碳化硅MOS管的导通电阻很小，且能够快速开关。
2.3 碳化硅MOS管的性能特点碳化硅MOS管具有耐高温、耐压能力强、漏电流小、导通电阻小等优点，适用于高频和高温工况下的电力电子应用。
三、碳化硅MOS管的应用3.1 新能源领域碳化硅MOS管在太阳能逆变器、风能变流器等新能源转换系统中得到了广泛应用，能够提升系统的转换效率和稳定性。
3.2 电动汽车领域碳化硅MOS管在电动汽车的动力电子系统中发挥着重要作用，能够实现高效能量转换和快速充放电。
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在P 型衬底上，制作两个高掺杂浓度的N 型区，形成源极（Source ）和漏极（Drian ）,另外一个是栅极（Gate ）.当Vi=Vgs<Vgs(th)时，MOS 工作在截止区。
只要负载电阻远远小于MOS 管的截止电阻R
OFF ，在输出端就为高电平V OH ,且V OH 约等于V DD。
这时，MOS 管的D-S 之间相当一个断开的开关。
Rd 当Vi>Vgs 并且在Vds 较高的情况下,MOS 管工作在恒流区，随着Vi 的升高Id 增大，而Vo 随这下降。
常用逻辑电平：TTL 、CMOS 、LVTTL 、LVCMOS 、ECL （Emitter Coupled Logic ）、PECL （Pseudo/Positive Emitter Coupled Logic ）、LVDS （Low Voltage Differential Signaling ）、GTL （Gunning Transceiver Logic ）、BTL （Backplane Transceiver Logic ）、ETL （enhanced transceiver logic ）、GTLP （Gunning
Transceiver Logic Plus ）；RS232、RS422、RS485（12V ，5V ，
3.3V ）；TTL 和CMOS 不可以直接互连，由于TTL 是在0.3-3.6V 之间，而CMOS 则是有在12V 的有在5V 的。
CMOS 输出接到TTL 是可以直接互连。
TTL 接到CMOS 需要在输出端口加一上拉电阻接到5V 或者12V 。
cmos 的高低电平分别
为:Vih>=0.7VDD,Vil<=0.3VDD;Voh>=0.9VDD,Vol<=0.1VDD. ttl 的为:Vih>=2.0v,Vil<=0.8v;Voh>=2.4v,Vol<=0.4v.
用cmos 可直接驱动ttl;加上拉电阻后,ttl 可驱动cmos.
1、当TTL 电路驱动COMS 电路时，如果TTL 电路输出的高电平低于COMS 电路的最低高电平（一般为3.5V ），这时就需要在TTL 的输出
端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。
2、OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的搞电平值。
3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。
4、在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。
5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。
6、提高总线的抗电磁干扰能力。
管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。
上拉电阻阻值的选择原则包括:
1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。
3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。
综合考虑
以上三点,通常在1k到10k之间选取。
对下拉电阻也有类似道理
//OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的搞电平值。
OC门电路要输出“1”时才需要加上拉电阻不加根本就没有高电平
在有时我们用OC门作驱动（例如控制一个LED）灌电流工作时就可以不加上拉电阻
OC门可以实现“线与”运算
OC门就是集电极开路输出
总之加上拉电阻能够提高驱动能力。