
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extrinsicsilicon(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gatedielectric(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WORKFUNCTION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GATEDIELECTRIC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。
在单个MOS管器件中有,在集成电路光刻中没有,这个二极管在大电流驱动中和感性负载时可以起到反向保护和续流的作用,一般正向导通压降在左右。因为这个二极管的存在,MOS器件在电路中不能简单地看到一个开关的作用,比如充电电路中,充电完成,移除电源后,电池会反向向外部供电,这个通常是我们不愿意看到的结果。一般解决的方法是在后面增加一个二极管来防止反向供电,这样虽然可以做到,但是二极管的特性决定必须有的正向压降,在大电流的情况下发热严重,同时造成能源的浪费,使整机能效低下。还有一个方法是再增加一个背靠背的MOS管,利用MOS管低导通电阻来达到节能的目的,这一特性另一个常见的应用为低压同步整流。注意事项MOS管导通后的无方向性,MOS在加压导通后,就类似于一根导线,只具有电阻特性,无导通压降,通常饱和导通电阻为几到几十毫欧,且无方向性,允许直流和交流电通过。使用MOS管的注意事项1、为了安全使用MOS管,在线路的设计中不能超过管的耗散功率,大漏源电压、大栅源电压和大电流等参数的极限值。2、各类型MOS管在使用时,都要严格按要求的偏置接入电路中,要遵守MOS管偏置的极性。如结型MOS管栅源漏之间是PN结,N沟道管栅极不能加正偏压。
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