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mos管

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xunavc|  楼主 | 2019-8-20 15:11 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。
  场效应管(FET),把输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET的增益等于它的跨导, 定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。市面上常有的一般为N沟道和P沟道,详情参考右侧图片(P沟道耗尽型MOS管)。而P沟道常见的为低压mos管。
  场效应管通过投影一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体,所以FET管的GATE电流非常小。最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管,或,金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。因为MOS管更小更省电,所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。
  详细介绍
  首先考察一个更简单的器件——MOS电容——能更好的理解MOS管。这个器件有两个电极,一个是金属,另一个是extrinsic silicon(外在硅),他们之间由一薄层二氧化硅分隔开。金属极就是GATE,而半导体端就是backgate或者body。他们之间的绝缘氧化层称为gate dielectric(栅介质)。图示中的器件有一个轻掺杂P型硅做成的backgate。这个MOS 电容的电特性能通过把backgate接地,gate接不同的电压来说明。MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORK FUNCTION上的差异在电介质上产生了一个小电场。在器件中,这个电场使金属极带轻微的正电位,P型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来,它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了,所以载流子浓度的变化非常小,对器件整体的特性影响也非常小。
  当MOS电容的GATE相对于BACKGATE正偏置时发生的情况。穿过GATE DIELECTRIC的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时,空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子,硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion,反转的硅层叫做channel。随着GATE电压的持续不断升高,越来越多的电子在表面积累,channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。当GATE和BACKGATE之间的电压差小于阈值电压时,不会形成channel。当电压差超过阈值电压时,channel就出现了。
  MOS电容:(A)未偏置(VBG=0V),(B)反转(VBG=3V),(C)积累(VBG=-3V)。
  正是当MOS电容的GATE相对于backgate是负电压时的情况。电场反转,往表面吸引空穴排斥电子。硅表层看上去更重的掺杂了,这个器件被认为是处于accumulation状态了。
  MOS电容的特性能被用来形成MOS管。Gate,电介质和backgate保持原样。在GATE的两边是两个额外的选择性掺杂的区域。其中一个称为source,另一个称为drain。假设source 和backgate都接地,drain接正电压。只要GATE对BACKGATE的电压仍旧小于阈值电压,就不会形成channel。Drain和backgate之间的PN结反向偏置,所以只有很小的电流从drain流向backgate。如果GATE电压超过了阈值电压,在GATE电介质下就出现了channel。这个channel就像一薄层短接drain和source的N型硅。由电子组成的电流从source通过channel流到drain。总的来说,只有在gate 对source电压V 超过阈值电压Vt时,才会有drain电流。
  在对称的MOS管中,对source和drain的标注有一点任意性。定义上,载流子流出source,流入drain。因此Source和drain的身份就靠器件的偏置来决定了。有时晶体管上的偏置电压是不定的,两个引线端就会互相对换角色。这种情况下,电路设计师必须指定一个是drain另一个是source。
  Source和drain不同掺杂不同几何形状的就是非对称MOS管。制造非对称晶体管有很多理由,但所有的最终结果都是一样的。一个引线端被优化作为drain,另一个被优化作为source。如果drain和source对调,这个器件就不能正常工作了。
  晶体管有N型channel所有它称为N-channel MOS管,或NMOS。P-channel MOS(PMOS)管也存在,是一个由轻掺杂的N型BACKGATE和P型source和drain组成的PMOS管。如果这个晶体管的GATE相对于BACKGATE正向偏置,电子就被吸引到表面,空穴就被排斥出表面。硅的表面就积累,没有channel形成。如果GATE相对于BACKGATE反向偏置,空穴被吸引到表面,channel形成了。因此PMOS管的阈值电压是负值。由于NMOS管的阈值电压是正的,PMOS的阈值电压是负的,所以工程师们通常会去掉阈值电压前面的符号。一个工程师可能说,“PMOS Vt从0.6V上升到0.7V”, 实际上PMOS的Vt是从-0.6V下降到-0.7V。
  主要参数
  1.开启电压VT
  ·开启电压(又称阈值电压):使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压;·标准的N沟道MOS管,VT约为3~6V;·通过工艺上的改进,可以使MOS管的VT值降到2~3V。
  2. 直流输入电阻RGS
  ·即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比
  ·这一特性有时以流过栅极的栅流表示
  ·MOS管的RGS可以很容易地超过1010Ω。
  3. 漏源击穿电压BVDS
  ·在VGS=0(增强型)的条件下 ,在增加漏源电压过程中使ID开始剧增时的VDS称为漏源击穿电压BVDS·ID剧增的原因有下列两个方面:
  (1)漏极附近耗尽层的雪崩击穿
  (2)漏源极间的穿通击穿
  ·有些MOS管中,其沟道长度较短,不断增加VDS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区,使沟道长度为零,即产生漏源间的穿通,穿通后,源区中的多数载流子,将直接受耗尽层电场的吸引,到达漏区,产生大的ID4. 栅源击穿电压BVGS
  ·在增加栅源电压过程中,使栅极电流IG由零开始剧增时的VGS,称为栅源击穿电压BVGS。
  5. 低频跨导gm
  ·在VDS为某一固定数值的条件下 ,漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导·gm反映了栅源电压对漏极电流的控制能力,是表征MOS管放大能力的一个重要参数·一般在十分之几至几mA/V的范围内
  6. 导通电阻RON
  ·导通电阻RON说明了VDS对ID的影响 ,是漏极特性某一点切线的斜率的倒数·在饱和区,ID几乎不随VDS改变,RON的数值很大,一般在几十千欧到几百千欧之间·由于在数字电路中 ,MOS管导通时经常工作在VDS=0的状态下,所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似·对一般的MOS管而言,RON的数值在几百欧以内7. 极间电容
  ·三个电极之间都存在着极间电容:栅源电容CGS 、栅漏电容CGD和漏源电容CDS·CGS和CGD约为1~3pF,CDS约在0.1~1pF之间8. 低频噪声系数NF
  ·噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的。·由于它的存在,就使一个放大器即便在没有信号输人时,在输出端也出现不规则的电压或电流变化·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示,它的单位为分贝(dB)。这个数值越小,代表管子所产生的噪声越小·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数·场效应管的噪声系数约为几个分贝,它比双极性三极管的要小
      18N20-251 www.dzsc.com/ic-detail/9_12345.html的参数
  LED去纹波去频闪(调光调色,LED电源)电路用MOS管品牌:GOFORD生产商:深圳市谷峰电子有限公司
  型号:18N20(IRF640)
  封装:TO-252/251/220/220F
  规格书如下:
  场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)。由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(107~1015Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
  场效应管(FET)是利用控制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,并以此命名。
  由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极型晶体管。
  FET 英文为Field Effect Transistor,简写成FET。


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沙发
szjlj168| | 2019-8-20 23:03 | 只看该作者

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