MOS绝缘栅型场效应管之图解

绝缘栅型场效应管之图解绝缘栅型场效应管之图解N 沟道绝缘栅型场效应管结构动画其他MOS 管符号绝缘栅型场效应管是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 漏源之间有导电沟道，在VDS 作用下iD 。

1.结构和符号（以在一块浓度较低的 覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。

N 沟道增强型为例）P 型硅上扩散两个浓度较高的 P 衬底00 Qo在VDS 作用下无iD o 耗尽型：VGS=0时,N 型区作为漏极和源极，半导体表面DWSN 沟ifi 箭头问里 衬底斷开S 心1I衬底SN沟道衬底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。

T|l戶-iHVosgTTId n -VGS 达到一定值时P 区表面将形成反型层把两侧的沟通，形成导电沟道。

VGS >A g 吸引电子7反型层7导电沟道 VGSf f 反型层变厚7 VDS ID ?⑶VGS> VT时而VDS较小时:VDS— ID tVT:开启电压，在VDS作用下开始导电时的VGSVT = VGS —VDS V DS V GSV GS3. 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g =丿着-1）2 Aa （j 是％卅=2齐・|【寸的//丫4. 其它类型MOS 管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,N 区之间存在导电沟道（类似结型场效应管）。

4/D4-2-K 夹端轨迹\bs-6V壯严厲V s■ ■ _ _2y ;nI II I I ■2 4 6 8 iO 12（1） N 沟道耗尽型: 由于正离子的作用，PN 结 衬底-4 JVbs=5I ! ^GSg其它类型MOS 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。

绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Insulated Gate Field Effect Transistor，IGFET)的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。

又因为栅极为金属铝，故又称为MOS(Metal-Oxide-Semicondutor)管。

a. N沟道增强型MOS管结构示意图b. 符号(符号中的箭头表示从P区（衬底）指向N区（N沟道），虚线表示增强型。

)与结型场效应管相同，MOS管也有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种。

因此MOS管分为四种类型：N沟道增强型、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管和P沟道耗尽型管。

(凡栅-源电压U GS为零时漏极电流也为零的管子，均属于增强型管；凡栅-源电压U GS为零漏极电流部位零的管子均属于耗尽型管。

)一、N沟道增强型MOS管N沟道增强型MOS管结构和符号如上图所示，它一块低掺杂的P型硅片为衬底，利用扩散工艺制作两上高掺杂的N+ 区，并引出两个电极，分别为源极s和漏极d，半导体之上制作一层SiO2绝缘层，再在SiO2之上制作一层金属铝，引出电极，作为栅极g。

通常衬底与源极接在一起使用。

这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层，形成电容。

当栅-源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。

1、工作原理①栅-源电压U GS的控制作用①当U GS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。

②当U DS=0且U GS＞0V时(由于SiO2的存在，栅极电流为零，但是栅极金属层将聚集正电荷)→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥(使之剩下不能移动的负离子区)→耗尽层。

③再增加U GS →纵向电场↑→耗尽层增宽→将P区少子电子聚集到P区表面(耗尽层与绝缘层之间) →形成一个N型薄层，称为反型层，整个反型层就构成漏-源之间的导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流i d。

绝缘栅型场效应管在结型场效应管中，栅极和沟道间的PN结是反向偏置的，所以输入电阻很大。

但PN结反偏时总会有一些反向电流存在，这就限制了输入电阻的进一步提高。

如果在栅极与沟道间用一绝缘层隔开，便制成了绝缘栅型场效应管，其输入电阻可提高到。

根据绝缘层所用材料之不同，绝缘栅场效应管有多种类型，目前应用最广泛的一种是以二氧化硅（SiO2）为绝缘层的金属一氧化物一半导体（Meial-Oxide-Semiconductor）场效应管，简称MOS场效应管（MOSFET）。

它也有N沟道和P 沟道两类，每类按结构不同又分为增强型和耗尽型。

一、增强型MOS管1．结构与符号图Z0125是N沟道增强型MOS管的结构示意图和符号。

它是在一块P型硅衬底上，扩散两个高浓度掺杂的N+区，在两个N+区之间的硅表面上制作一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，然后在SiO2和两个N型区表面上分别引出三个电极，称为源极s、栅极g和漏极d。

在其图形符号中，箭头表示漏极电流的实际方向。

2．工作原理绝缘栅场效应管的导电机理是，利用U GS控制"感应电荷"的多少来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流I D。

若U G S＝0时，源、漏之间不存在导电沟道的为增强型MOS管，U GS＝0 时，漏、源之间存在导电沟道的为耗尽型MOS管。

图Z0125中衬底为P型半导体，在它的上面是一层SiO2薄膜、在SiO2薄膜上盖一层金属铝，如果在金属铝层和半导体之间加电压U GS，则金属铝与半导体之间产生一个垂直于半导体表面的电场，在这一电场作用下，P型硅表面的多数载流子-空穴受到排斥，使硅片表面产生一层缺乏载流子的薄层。

同时在电场作用下，P型半导体中的少数载流子-电子被吸引到半导体的表面，并被空穴所俘获而形成负离子，组成不可移动的空间电荷层（称耗尽层又叫受主离子层）。

U G S愈大，电场排斥硅表面层中的空穴愈多，则耗尽层愈宽，且U GS愈大，电场愈强；当U GS增大到某一栅源电压值V T（叫临界电压或开启电压）时，则电场在排斥半导体表面层的多数载流子-空穴形成耗尽层之后，就会吸引少数载流子-电子，继而在表面层内形成电子的积累，从而使原来为空穴占多数的P型半导体表面形成了N型薄层。

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性场效应管(MOSFET)是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。

它的输入电阻可高达1015W，而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。

场效应管也称为MOS管，按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。

在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。

绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。

每种又有增强型和耗尽型两类。

下面简单介绍它们的工作原理。

1、增强型绝缘栅场效应管2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。

在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、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，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。

然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极，称为栅极G。

另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。

它的栅极与其他电极间是绝缘的。

图6-38(b)所示是它的符号。

其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。

图6-38 N沟道增强型场效应管场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。

从图6-39(a)可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。

当栅-源电压UGS=0时，即使加上漏-源电压UDS，而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID≈0。

若在栅-源极间加上正向电压，即UGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。

当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图6-39(b)所示。

场效应管(MOS)1图片：2场效应管的符号场效应管在电路中通常用字母Q、VT表示。

场效应管符号图1所示。

现在好多电路中大多用的MOS管都是8个脚的。

图1场效应管的种类及图形符号3场效应管的分类目前在绝缘栅型场效应管中，应用广泛的是MOS场效应管，简称MOS管。

如果按照沟道半导体材料的不同，场效应管可以分为：结型场效应管和绝缘栅型场效应管。

而绝缘栅型场效应管又分为N沟耗尽型和增强型，P沟耗尽型和增强型四大类。

如果按照导电方式来划化，场效应管可分为耗尽型与增强型。

结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。

4场效应管三种工作状态1：截止状态UGS=0时，场管截止，D、S极间相当于开路。

2：放大状态UGS大于0但又小于开启电压时，场管处于放大状态。

一般笔记本中的场管只用到导通和截止两个状态。

3：饱和导通UGS大于开启电压时，场管导通，DS极间相当于短路，开启电压一般0.45V~3V。

2.7.4场效应管的应用笔记本上采用的场效应管大多数为绝缘栅型，增强型N沟道最多，其次是增强型P沟道，结型管和耗尽型管一般都没有用到。

场效应管在笔记本主要用在各电路的供电部分，主要为降压作用,D极接供电，电源管理芯片通过控制其G极的电压，来调整S极的输出电压高低。

在D极电压不变的情况，G极电压越高，S极输出电压越高。

5场效应管的测量用万用表的二极管档，测量之前先放电，只有D、S极间有一次读数为正常。

图2-42为测量的等效图，图中的二极管是等效测量出来的二极管值，N沟道场管黑表笔接D极红表笔接S极有一次读数，P沟道的场管则相反。

图2-42场效应管测量等效图6场效应管的代换尽量原型号代换，用不同型号代换时，应选择极性相同的、极限参数相近的代换；场所管怕静电，最好用防静电烙铁或热风焊台进行焊接。

其它不同型号的场效应管请查询相关资料：。

基本电子电路系列——MOS管MOS管学名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，英文：MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），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。