MOS场效应晶体管的特性与原理

一、MOS场效应晶体管导电机构及原理

MOS场效应晶体管(简称MOS管)是一种新型的半导体器件，图1是N沟导MOS管芯结构原理图，即在P型硅基片上有两个 N+扩散区，其中一个称源，用S表示，另一个称漏，用D表示，在D和S间的硅片上覆盖了较薄的8iO。绝缘层和金属层，并引出一电极，称栅，用G表示。应用中 D接正，8接地，G用正电源控制。它的导电原理如下：

当MO8管接上电源后，若Va=0，则8和D被原有硅P型层隔开，MOS管电流I09=0，管子不导通。当Va>0时，根据半导体物理原理知道，在P型层与802的界面处会感生出相反的电荷层即电子电荷层，通常又称反型层，成了N导电沟导，使8与D相通，形成电流,Ios>0。当Vaa 一定时，加大Vp,Ips先是线性增加，然后缓慢达到饱和。不同的Va对应着不同的曲线，即有不同的线性段和饱和段，如图2所示。

MOS场效应晶体管作为开关运用时，接通时管子工作在饱和区，为了获得所需要的Ips，必须有足够大的Va值(要大于MOB管的阈值电压Vr)才行，作为功率开关输出尤其需注意这一.点。IDs与Va、Vr关·系为

Iog={(Va-Vr)2

(1)式中 K为常数;Vs为阈值电压，对增强型 MOB 管，V->0。由图3所示，K即为曲线的斜率。

由上述分析可知，MOS管导电状态依赖于Va电压而定，然而栅与硅基片又是绝缘的，故实际上MOS管的导电状态依赖于控制栅区电场大小而定，这与普通晶体管由基极电流来控制截然不同，这是两者重要区别之一。

以上是以P型硅基片构成N沟导MOS管的简单原理。同样，如以型硅基片构成的 MOS管就应是P沟导，且应用中这种MO8管的VD为负，S接地,而Vo用负电压控制。

早期的MOS管功率都较小，且电压也不高，压降也较大，这是由于器件是平面型结构所致。近年来，随着半导体技术的发展和电力电子工业生产的迫切需要，出现了一种采用垂直结构的隐栅型MOS器件，通常用VDMOS 符号表示。这种器件可有较小的导通压降，较高的耐压及较大的导通电流。由于其功率较大，所以常又称为功率MOSFET器件或POWEB MOSFET 器件。

审核编辑：汤梓红