5MOS场效应管的特性
mos场效应管分类
mos场效应管分类MOS场效应管是一种重要的电子器件，广泛应用于各种电路中。
它由金属-氧化物-半导体构成，具有优良的放大特性和开关特性。
根据不同的工作模式和结构特点，MOS场效应管可以分为多种类型。
本文将对常见的几种MOS场效应管进行分类介绍。
1.增强型N沟道MOS场效应管（NMOS）增强型N沟道MOS场效应管是一种常见的MOS管。
它的基本结构由N型半导体材料构成，其中有一个P型掺杂区域作为沟道。
当给定一个正的门电压时，该电压会吸引P型掺杂区域的载流子，形成一个导电通道，从而实现电流的流动。
因此，NMOS管可以作为开关或放大器使用。
2.增强型P沟道MOS场效应管（PMOS）增强型P沟道MOS场效应管与NMOS管相反，它的基本结构由P 型半导体材料构成，其中有一个N型掺杂区域作为沟道。
当给定一个负的门电压时，该电压会吸引N型掺杂区域的载流子，形成一个导电通道，从而实现电流的流动。
因此，PMOS管也可以作为开关或放大器使用。
3.增强型双极性MOS场效应管（CMOS）增强型双极性MOS场效应管结合了NMOS和PMOS管的特点，由NMOS和PMOS管并联组成。
CMOS具有很高的抗干扰能力和低功耗特性，广泛应用于数字集成电路和微处理器等领域。
4.去耦MOS场效应管（DMOS）去耦MOS场效应管是一种特殊的MOS管，它主要用于功率放大器和开关器件中。
DMOS管具有较高的耐压能力和较低的导通电阻，可以实现高功率输出。
5.隧道氧化物MOS场效应管（TOM）隧道氧化物MOS场效应管是一种特殊的MOS管，它的氧化层非常薄，可以实现电流的隧穿效应。
TOM管常用于存储器和传感器等应用中。
以上是几种常见的MOS场效应管分类。
每种MOS管都有自己独特的特点和应用领域。
了解不同类型的MOS管对于电子工程师和电路设计师来说是非常重要的，可以根据实际需求选择合适的MOS管来设计和优化电路。
同时，随着科技的不断发展，新型的MOS场效应管也在不断涌现，为电子技术的发展带来了更多的可能性。
MOS 场效应管的工作原理及特点
MOS 场效应管的工作原理及特点场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。
有N沟道器件和P 沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（Metal Oxide SemIConductor FET）。
MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。
在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。
P型半导体称为衬底(substrat)，用符号B表示。
一、工作原理1．沟道形成原理当Vgs=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs(th)时（VGS(th) 称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。
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场效应管特性曲线及主要参数
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Lec 05
华中科技大学电信系 张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
与BJT类似，FET也有器件参数，选用时必须以此为依据
二、交流参数
iD
1. 输出电阻rds
rds
vDS iD
VG S
rds=
1 斜率
Q VGSQ
由 iD Kn (vGS VT )2 (1 vDS )
得
vDS
rds
[ λKn (vGS
vDS＝vGS－VT(或 vGD＝vGS－vDS＝VT)
可变电阻区
3V
2 (非饱和区)
① 截止区
1.5
当vGS＜VT时，导电沟道 1
尚 未 形 成 ， iD ＝ 0 ， 为 截
止工作状态。
0.5
饱和区 2.5V
2V vGS＝1.5V
截止区
0 2.5 5 7.5 10
vDS/V
2
Lec 05
华中科技大学电信系 张林
MOSFET是如何实现信号放大的？
其它类型的MOSFET —— N沟道耗尽型MOSFET
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已存在导电沟道
可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
s
g 掺杂后具有正 d
离子的绝缘层 二氧化硅
d
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
N＋
N＋
耗尽层 N 型沟道 P
衬底 g
B
s
B 衬底引线
特性方程 iD Kn (vGS VT )2 （非线性， ＝0）
可变电阻区工作条件 vGS >VT ， vDS <（vGS－VT）
特性方程 iD 2Kn (vGS VT ) vDS
六种场效应管
六种场效应管一、结型场效应管结型场效应管是一种单极场效应管，其工作原理是基于栅极电压改变二氧化硅（SiO2）层中电荷分布来实现对漏极电流的控制。
它的工作特点是在工作过程中不需要很大的功耗，并且具有良好的噪声特性。
在电子设备中，结型场效应管通常用于放大、振荡、开关等电路中。
二、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管是一种单极场效应管，其工作原理是通过在二氧化硅（SiO2）绝缘层上覆盖金属薄膜来实现对源极和漏极之间的控制。
由于没有栅极氧化层与半导体之间的电容，因此其输入电阻非常高，并且具有低噪声特性。
在电子设备中，绝缘栅型场效应管通常用于放大、振荡、开关等电路中。
三、MOS型场效应管MOS型场效应管是一种单极场效应管，其工作原理是通过在金属-氧化物-半导体（MOS）结构上施加电压来改变电荷分布实现对漏极电流的控制。
它的优点是输入电阻高、驱动电流小、功耗低、易于集成等。
在电子设备中，MOS型场效应管通常用于放大、振荡、开关等电路中。
四、高电子饱和迁移率型场效应管高电子饱和迁移率型场效应管是一种具有高电子饱和迁移率的单极场效应管。
它的工作原理是通过改变栅极电压来改变半导体内部的电子饱和迁移率实现对漏极电流的控制。
它的优点是具有高速响应和低功耗特性，适用于高速数字电路和模拟电路中。
五、高电子饱和迁移率型场效应管高电子饱和迁移率型场效应管是一种具有高电子饱和迁移率的双极场效应管。
它的工作原理是通过改变栅极电压来改变半导体内部的电子饱和迁移率实现对漏极电流的控制。
它的优点是具有高速响应和低功耗特性，适用于高速数字电路和模拟电路中。
六、结型双极型场效应管结型双极型场效应管是一种双极场效应管，其工作原理是基于栅极电压改变半导体内部的电子和空穴浓度实现对漏极电流的控制。
它的优点是具有高速响应和低功耗特性，适用于高速数字电路和模拟电路中。
同时，它还具有较好的噪声特性和稳定性，适用于各种复杂的电子设备中。
MOSFET_MOS管特性参数的理解
MOSFET_MOS管特性参数的理解MOSFET（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，具有较高的性能和功耗优势。
了解MOSFET的特性参数对于设计和应用电子电路至关重要。
下面将从基本结构、特性参数和其理解等方面进行详细阐述。
MOSFET 的基本结构如下：它由源极、漏极、栅极和底座四个引脚组成，其中源极(source)和漏极(drain)与半导体结成二极管，栅极(gate)则是介质氧化铝上的金属引脚。
其中金属层和介质氧化铝之间的结构形成了场效应管，因此被称为MOS管。
接下来是几个关键的特性参数：1. 阈值电压：阈值电压（Threshold Voltage，简称Vth）是MOSFET 的一个重要参数，它表示了在栅极和漏极之间形成导电路径的最低电压。
当栅极电压高于Vth 时，MOSFET 开始工作并形成导通通道。
2. 饱和电流：饱和电流（Saturation Current，简称Isat）是指在MOSFET 处于饱和工作区时的漏极电流，也称为最大漏极电流。
在饱和区，漏极电流与栅极电压成非线性关系。
3. 输出电导：输出电导（Output Conductance，简称gds）表示了MOSFET 在饱和状态时，输出电流变化对栅极漏极电压的敏感程度。
较高的输出电导意味着MOSFET 在饱和区的输出电流更敏感，从而使其在放大器等应用中更可靠。
4. 线性区增益：线性区增益（Linear Region Gain，简称gm）表示MOSFET 在线性工作区时，输入阻抗和输出阻抗间的关系。
该参数也可以用来衡量MOSFET 对输入信号的放大能力。
5. 输出电容：输出电容（Output Capacitance，简称Coss）表示栅极和漏极之间的电容。
这个电容会导致MOSFET 在高频应用中的频率响应减弱，影响其性能。
以上只是几个主要的特性参数，实际上MOSFET 还有很多其他的参数，如输入电容（Input Capacitance）、迁移率（Mobility）、开启延迟（Turn-on Delay）和反向转移电容（Reverse Transfer Capacitance）等。
mos管 场效应管
mos管场效应管摘要：1.引言2.什么是MOS 管和场效应管3.MOS 管和场效应管的工作原理4.MOS 管和场效应管的特性比较5.MOS 管和场效应管的应用领域6.结论正文：MOS 管和场效应管是两种不同类型的半导体器件，它们都具有放大和开关等功能，广泛应用于各种电子设备中。
下面将从它们的定义、工作原理、特性比较和应用领域等方面进行详细介绍。
1.引言MOS 管（Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，金属- 氧化物- 半导体晶体管）和场效应管（Field Effect Transistor，场效应晶体管）是两种常见的半导体器件，它们在现代电子设备中扮演着重要角色。
本文将对这两种器件进行详细解析，以帮助读者更好地理解它们的工作原理和应用。
2.什么是MOS 管和场效应管MOS 管是一种三端半导体器件，由金属导电层、氧化物绝缘层和半导体基片组成。
它的主要功能是控制电路中的电流流动，具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点。
场效应管是一种四端半导体器件，由源极、漏极、栅极和衬底组成。
它的主要功能是通过改变栅极电势来调节源漏电流，具有响应速度快、驱动能力强和可控制的电流增益等特点。
3.MOS 管和场效应管的工作原理MOS 管的工作原理：当栅极施加正向电压时，栅极和源极之间的绝缘层上会形成一个正向电场。
这个电场可以吸引源极处的电子，使其向栅极方向运动。
如果这个电子流足够大，就会形成一个电流，从而导致MOS 管的导通。
场效应管的工作原理：当栅极施加正向电压时，栅极和源极之间的绝缘层上会形成一个正向电场。
这个电场会使得源极处的电子被吸引到靠近栅极的位置，从而减小源极和漏极之间的电阻。
如果栅极电压足够大，源漏电流将显著增加，从而导致场效应管的导通。
4.MOS 管和场效应管的特性比较MOS 管和场效应管在特性上有一定的差异。
MOS 管具有更高的输入阻抗、更低的工作电压和更小的功耗，但驱动能力较弱；而场效应管具有更强的驱动能力、更高的电流增益和更快的响应速度，但输入阻抗和功耗相对较差。
MOS管参数详解和驱动电阻选择
MOS管参数详解和驱动电阻选择MOS管，全名金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，是一种广泛应用于电子电路中的晶体管。
它具有低功耗、高开关频率、低电压驱动、高噪声抑制等特点，常被用作功率放大器和开关。
下面将详细解析MOS管的一些重要参数及其影响，以及驱动电阻的选择。
1. 阈值电压(Threshold Voltage)：阈值电压是指当MOS管工作在放大区时，控制电压达到的临界值。
它决定了MOS管的导通条件，越小表示MOS管对控制电压的敏感度越高。
2. 栅极电容(Gate Capacitance)：栅极电容是指栅极和源极之间的电容。
它是MOS管的核心特性之一，决定了MOS管的响应速度。
栅极电容越小，MOS管的开关速度越快。
3. 输出电容(Output Capacitance)：输出电容是指输出端和源极之间的电容。
它是MOS管的另一个重要特性，影响MOS管的开关频率和功耗。
输出电容越大，MOS管的开关频率越低，功耗越大。
4. 导通电阻(On-Resistance)：导通电阻是指MOS管导通时的电阻值。
它是MOS管的一个重要参数，影响功率损耗和效率。
导通电阻越小，MOS管的功率损耗和热量损失越小。
5. 驱动电阻(Drive Resistance)：驱动电阻是指用于驱动MOS管的电路中的电阻。
驱动电阻的选择对MOS管的性能和可靠性至关重要。
一般来说，驱动电阻不能过大，以保证MOS管在短时间内能够迅速充放电，提高开关速度；同时也不能过小，以避免过大的电流流过驱动电路，降低效率。
在选择驱动电阻时，需要考虑以下几个因素：1.驱动电压：驱动电阻的阻值应根据MOS管的驱动电压来确定。
一般来说，驱动电阻的阻值应小于MOS管的输入电阻，以确保能够提供足够的电流来驱动MOS管。
2.驱动能力：驱动电阻应具有足够的驱动能力，即能够提供足够的电流来驱动MOS管的栅极。
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5MOS场效应管的特性
• 随着Vgs的增大，排斥掉更多的空穴，耗尽层厚度 Xp增大，耗尽层上的电压降就增大，因而耗尽层 电容CSi就减小。耗尽层上的电压降的增大，实际 上就意味着Si表面电位势垒的下降，意味着Si表面 能级的下降。
• 一旦Si表面能级下降到P型衬底的费米能级，Si表 面的半导体呈中性。这时，在Si表面，电子浓度 与空穴浓度相等，成为本征半导体。
击穿区
0
Vds
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5MOS场效应管的特性
MOS电容是一个相当复杂的电容，有多层介质： 在栅极电极下面有一层SiO2介质。SiO2下面是P型衬底，最后
是衬底电极，同衬底之间是欧姆接触。 MOS电容与外加电压有关。
1）当Vgs<0时，栅极上的负电荷吸引了P型衬底中的多数载流 子—空穴，使它们聚集在Si表面上。这些正电荷在数量上 与栅极上的负电荷相等，于是在Si表面和栅极之间，形成 了平板电容器，其容量为，
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5MOS场效应管的特性
• •
在非饱和区 饱和区
IdsVdsCa1Vgsb1
Idsa2V gs V T2
Idstoo xx W LVgsV TV ds1 2V ds2
Ids 1 2tooxxW LVgsVT 2
(Ids 与 Vds无关) . MOSFET是平方律器件!
Ids
饱和区
线性区
5
5MOS场效应管的特性
• 当栅极不加电压或加负电压时，栅极下面的区域保持P型导 电类型，漏和源之间等效于一对背靠背的二极管，当漏源电 极之间加上电压时，除了PN结的漏电流之外，不会有更多 电流形成。
• 当栅极上的正电压不断升高时，P型区内的空穴被不断地排 斥到衬底方向。当栅极上的电压超过阈值电压VT，在栅极 下的P型区域内就形成电子分布，建立起反型层，即N型层， 把同为N型的源、漏扩散区连成一体，形成从漏极到源极的 导电沟道。这时，栅极电压所感应的电荷Q为，
Vge：栅级对衬底的有效控制电压
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5MOS场效应管的特性
当Vgs-VT=Vds时，满足:
dI ds 0 dV ds
Ids达到最大值Idsmax，其值为 Idsma1 2 x tooxxW LVgsVT2
Vgs-VT=Vds， 意 味 着 近 漏 端 的 栅 极 有 效 控 制 电 压 Vge=Vgs-VT-Vds=Vgs-Vds-VT = Vgd-VT =0 感应电荷为0，沟道夹断，电流不会再增大，因而， 这个 Idsmax 就是饱和电流。
poly-Si G
D diffusion W
S
• 栅长:
L
• 栅宽:
W
• 氧化层厚度: tox
t ox L
p+/n+4来自5MOS场效应管的特性
• Lmin、 Wmin和 tox 由工艺确定 • Lmin： MOS工艺的特征尺寸(feature size)
决定MOSFET的速度和功耗等众多特性 • L和W由设计者选定 • 通常选取L= Lmin，由此，设计者只需选取W • W影响MOSFET的速度，决定电路驱动能力和功耗
5MOS场效应管的特性
第五章 MOS 场效应管的特性
广州集成电路设计中心 殷瑞祥 教授
5MOS场效应管的特性
5.1 MOS场效应管 5.2 MOS管的阈值电压 5.3 体效应 5.4 MOSFET的温度特性 5.5 MOSFET的噪声 5.6 MOSFET尺寸按比例缩小 5.7 MOS器件的二阶效应
以SiO2为介质的电容器——Cox
以耗尽层为介质的电容器——CSi
总电容C为:
C
1 Cox
1 CSi
1
比原来的Cox要小些。
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5MOS场效应管的特性
耗尽层电容的计算方法同PN结的耗尽层电容的计算方法相
同，利用泊松公式
21Si1SiqNA
式中NA是P型衬底中的掺杂浓度，将上式积分得耗尽区上的 电位差 ：
CoxotxW ox LotxW ox L 通常，ox=3.98.85410-4 F/cm2；A是面积，单位是cm2； tox是厚度，单位是cm。
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5MOS场效应管的特性
2）当Vgs>0时，栅极上的正电荷排斥了Si中的空穴，在 栅极下面的Si表面上，形成了一个耗尽区。
耗尽区中没有可以自由活动的载流子，只有空穴被赶走后 剩下的固定的负电荷。这些束缚电荷是分布在厚度为Xp的 整个耗尽区内，而栅极上的正电荷则集中在栅极表面。这 说明了MOS电容器可以看成两个电容器的串联。
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5MOS场效应管的特性
非饱和情况下，通过MOS管漏源间的电流Ids为：
Ids Q L2C VgV eds otxW oxLL 2VgeVdstooxxW L(VgsVT1 2Vds)Vds
tooxxW LVgsVT Vds1 2Vds2
VgeVgsVT1 2Vds
= '.0 栅极-沟道间氧化层介电常数, ′ = 4.5, 0 = 0.88541851.10-11 C.V-1.m-1
1 Si
qN Adx'd q xN AXp 2 Si
从而得出束缚电荷层厚度
Xp
2Si
q NA
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5MOS场效应管的特性
在耗尽层中束缚电荷的总量为
Q qA N X p Wq L N A W2 L q SN i AW2 L Sq i A N
是耗尽层两侧电位差的函数，耗尽层电容为
C S i d dQ v W2 L Sq i A N 1 21 2WL S2 q i A N
Q=CVge 式中Vge是栅极有效控制电压。
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5MOS场效应管的特性
非饱和时（沟道未夹断），在漏源电压Vds作用下，这 些电荷Q将在时间内通过沟道，因此有
L L L2 Eds Vds
为载流子速度，Eds= Vds/L为漏到源方向电场强度，Vds为漏 到源电压。 为载流子迁移率： n µn = 650 cm2/(V.s) 电子迁移率(NMOS) n µp = 240 cm2/(V.s) 空穴迁移率(PMOS)
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5MOS场效应管的特性
两个PN结： 1）N型漏极与P型衬底； 2）N型源极与P型衬底。
同双极型晶体管中的PN 结 一样， 在结周围由于载流 子的扩散、漂移达到动态平 衡，而产生了耗尽层。 一个电容器结构 栅极与栅极下面区域形成一个电容器，是MOS管的核心。
3
p+/n+
n(p)
5MOS场效应管的特性