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绝缘栅场效应管
阅读:9723时间:2011-08-24 11:31:32

  绝缘栅场效应管的种类较多,有PMOS、NMOS和VMOS功率管等,但目前应用最多的是MOS管。MOS绝缘栅场效应管也即金属一氧化物一半导体场效应管,通常用MOS表示,简称作MOS管。它具有比结型场效应管更高的输入阻抗(可达1012Ω以上),并且制造工艺比较简单,使用灵活方便,非常有利于高度集成化。

结构和符号

图1 绝缘栅场效应管的结构和符号

  图1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。

 

工作原理

  绝缘栅场效应管的导电机理是,利用UGS 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ID。若UGS=0时,源、漏之间不存在导电沟道的为增强型MOS管,UGS=0 时,漏、源之间存在导电沟道的为耗尽型MOS管。

  图2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UGS,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)。UGS愈大,电场排斥硅表面层中的空穴愈多,则耗尽层愈宽,且UGS愈大,电场愈强;当UGS 增大到某一栅源电压值VT(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。由于与P型衬底的导电类型相反,故称为反型层。在反型层下才是负离子组成的耗尽层。这一N型电子层,把原来被PN结高阻层隔开的源区和漏区连接起来,形成导电沟道。

  用图2所示电路来分析栅源电压UGS控制导电沟道宽窄,改变漏极电流ID 的关系:当UGS=0时,因没有电场作用,不能形成导电沟道,这时虽然漏源间外接有ED电源,但由于漏源间被P型衬底所隔开,漏源之间存在两个PN结,因此只能流过很小的反向电流,ID ≈0;当UGS>0并逐渐增加到VT 时,反型层开始形成,漏源之间被N沟道连成一体。这时在正的漏源电压UDS作用下;N沟道内的多子(电子)产生漂移运动,从源极流向漏极,形成漏极电流ID。显然,UGS愈高,电场愈强,表面感应出的电子愈多,N型沟道愈宽沟道电阻愈小,ID愈大。

主要参数

  Idss—饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流。

  Up—夹断电压。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压。

  Ut—开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压。

  gM—跨导。是表示栅源电压UGS—对漏极电流ID的控制能力,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM是衡量场效应管放大能力的重要参数。

  BVDS—漏源击穿电压。是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能承受的漏源电压。这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS.

  PDSM—耗散功率。是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的漏源耗散功率。使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。

  IDSM—漏源电流。是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM。

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