MOS (场效应)管的基本知识

随着社会的进步和发展，MOS管在电子行业的应用越来越广泛，萨科微电子SLKOR作为能够研发生产碳化硅SiC产品的“碳化硅专家”，必须来科普一下这方面的知识。

MOS即 MOSFET的简写，全称是金属氧化物场效应晶体管。就是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。MOS管的构造、原理、特性、符号规则和封装种类等，大致如下。

1、MOS管的构造：

MOS管的构造是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。它的栅极和其它电极间是绝缘的。

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。图1-1所示（a ）、（b）分别是P沟道MOS管道结构图和代表符号。

2、MOS 管的工作原理：

从图1-2-（a）可以看出，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，图 1-2-(b)所示，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。控制栅极电压VGS的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流 ID的大小的目的，这也是MOS管用电场来控制电流的一个重要特点，所以也称之为场效应管。

3、MOS 管的特性：

上述MOS管的工作原理中可以看出，MOS管的栅极G和源极S之间是绝缘的，由于SiO2绝缘层的存在，在栅极G和源极S之间等效是一个电容存在，电压VGS产生电场从而导致源极-漏极电流的产生。此时的栅极电压VGS决定了漏极电流的大小，控制栅极电压VGS的大小就可以控制漏极电流ID的大小。这就可以得出如下结论：

1） MOS 管是一个由改变电压来控制电流的器件，所以是电压器件。

2） MOS 管道输入特性为容性特性，所以输入阻抗极高。

4、MOS 管的电压极性和符号规则：

图1-4-（a）是N沟道MOS管的符号，图中D是漏极，S是源极，G是栅极，中间的箭头表示衬底，如果箭头向里表示是N沟道的MOS管，箭头向外表示是 P沟道的MOS管。

实际在MOS管生产的过程中衬底在出厂前就和源极连接，所以在符号的规则中，表示衬底的箭头也必须和源极相连接，以区别漏极和源极。图1-4-（c）是P沟道MOS管的符号。MOS管应用电压的极性和我们普通的晶体三极管相同，N沟道的类似NPN晶体三极管，漏极D接正极，源极S接负极，栅极G正电压时导电沟道建立，N沟道MOS管开始工作,如图1-4-（b）所示。同样P道的类似PNP晶体三极管，漏极D接负极，源极S接正极，栅极G负电压时，导电沟道建立，P沟道MOS管开始工作,如图1-4-（d）所示。