專業廠商分析MSO管的類型與工作原理（一）
MOS管類型-MOS管類型作用及工作原理解析
MOS管，即金屬（Metal）—氧化物（Oxide）—半導體（Semiconductor）場效應晶體管，是一種應用場效應原理工作的半導體器件；和普通雙極型晶體管相比，MOS管具有輸入阻抗高、噪聲低、動態范圍大、功耗小、易于集成等優勢，在開關電源、鎮流器、高頻感應加熱、高頻逆變焊機、通信電源等高頻電源領域得到了越來越普遍的應用。
MOS管的類型及結構
MOS管是FET的一種（另一種為JFET結型場效應管），主要有兩種結構形式：N溝道型和P溝道型；又根據場效應原理的不同，分為耗盡型（當柵壓為零時有較大漏極電流）和增強型（當柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流）兩種。因此，MOS管可以被制構成P溝道增強型、P溝道耗盡型、N溝道增強型、N溝道耗盡型4種類型產品。
MOS管類型
圖表1 MOS管的4種類型
每一個MOS管都提供有三個電極：Gate柵極（表示為“G”）、Source源極（表示為“S”）、Drain漏極（表示為“D”）。接線時，對于N溝道的電源輸入為D，輸出為S；P溝道的電源輸入為S，輸出為D；且增強型、耗盡型的接法基本一樣。
MOS管類型
圖表2 MOS管內部結構圖
從結構圖可發現，N溝道型場效應管的源極和漏極接在N型半導體上，而P溝道型場效應管的源極和漏極則接在P型半導體上。場效應管輸出電流由輸入的電壓（或稱場電壓）控制，其輸入的電流極小或沒有電流輸入，使得該器件有很高的輸入阻抗，這也是MOS管被稱為場效應管的重要原因。
MOS管工作原理
一、N溝道增強型場效應管原理
N溝道增強型MOS管在P型半導體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區，從N型區引出電極（漏極D、源極S）；在源極和漏極之間的SiO2絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G；P型半導體稱為襯底，用符號B表示。由于柵極與其它電極之間是相互絕緣的，所以NMOS又被稱為絕緣柵型場效應管。
當柵極G和源極S之間不加任何電壓，即VGS=0時，由于漏極和源極兩個N+型區之間隔有P型襯底，相當于兩個背靠背連接的PN結，它們之間的電阻高達1012Ω，即D、S之間不具備導電的溝道，所以無論在漏、源極之間加何種極性的電壓，都不會產生漏極電流ID。
MOS管類型
圖表3 N溝道增強型MOS管結構示意圖
當將襯底B與源極S短接，在柵極G和源極S之間加正電壓，即VGS＞0時，如圖表3（a）所示，則在柵極與襯底之間產生一個由柵極指向襯底的電場。在這個電場的作用下，P襯底表面附近的空穴受到排斥將向下方運動，電子受電場的吸引向襯底表面運動，與襯底表面的空穴復合，形成了一層耗盡層。
如果進一步提高VGS電壓，使VGS達到某一電壓VT時，P襯底表面層中空穴全部被排斥和耗盡，而自由電子大量地被吸引到表面層，由量變到質變，使表面層變成了自由電子為多子的N型層，稱為“反型層”，如圖表3（b）所示。
反型層將漏極D和源極S兩個N+型區相連通，構成了漏、源極之間的N型導電溝道。把開始形成導電溝道所需的VGS值稱為閾值電壓或開啟電壓，用VGS（th）表示。顯然，只有VGS＞VGS（th）時才有溝道，而且VGS越大，溝道越厚，溝道的導通電阻越小，導電能力越強；“增強型”一詞也由此得來。
MOS管類型
圖表4 耗盡層與反型層產生的結構示意圖
在VGS＞VGS（th）的條件下，如果在漏極D和源極S之間加上正電壓VDS，導電溝道就會有電流流通。漏極電流由漏區流向源區，因為溝道有一定的電阻，所以沿著溝道產生電壓降，使溝道各點的電位沿溝道由漏區到源區逐漸減小，靠近漏區一端的電壓VGD最小，其值為VGD=VGS－VDS，相應的溝道最薄；靠近源區一端的電壓最大，等于VGS，相應的溝道最厚。
這樣就使得溝道厚度不再是均勻的，整個溝道呈傾斜狀。隨著VDS的增大，靠近漏區一端的溝道越來越薄。
當VDS增大到某一臨界值，使VGD≤VGS（th）時，漏端的溝道消失，只剩下耗盡層，把這種情況稱為溝道“預夾斷”，如圖表4（a）所示。繼續增大VDS[即VDS＞VGS－VGS（th）]，夾斷點向源極方向移動，如圖表4（b）所示。
盡管夾斷點在移動，但溝道區（源極S到夾斷點）的電壓降保持不變，仍等于VGS－VGS（th）。因此，VDS多余部分電壓[VDS－（VGS－VGS（th））]全部降到夾斷區上，在夾斷區內形成較強的電場。這時電子沿溝道從源極流向夾斷區，當電子到達夾斷區邊緣時，受夾斷區強電場的作用，會很快的漂移到漏極。
圖表5 預夾斷及夾斷區形成示意圖
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