MOS 管作為一種關(guān)鍵的電子元件，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電路中。深入了解 MOS 管的工作原理，對(duì)于電子工程師和電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文將詳細(xì)介紹 MOS 管的工作原理、結(jié)構(gòu)、類(lèi)別和特性等方面的知識(shí)。

一、MOS 管概述

MOS 管又稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管，具體指的是集成電路中的絕緣性場(chǎng)效應(yīng)管。其英文全稱(chēng)為 Metal - Oxide - Semiconductor，即金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體。它的定義是在一定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件上，加上二氧化硅和金屬，從而形成柵極。MOS 管的 source（源極）和 drain（漏極）是可以對(duì)調(diào)的，它們都是在 P 型 backgate（襯底）中形成的 N 型區(qū)。在大多數(shù)情況下，這兩個(gè)區(qū)是相同的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能，這類(lèi)器件被認(rèn)為是對(duì)稱(chēng)的。

二、MOS 管的結(jié)構(gòu)

1. N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管：在一塊摻雜濃度較低的 P 型半導(dǎo)體硅襯底上，利用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的 N + 區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極 D 和源極 S。然后在漏極和源極之間的 P 型半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅（SiO?）絕緣層膜，在這個(gè)絕緣層膜上加上金屬和一個(gè)鋁電極，作為柵極 G。這樣就構(gòu)成了一個(gè) N 溝道（NPN 型）增強(qiáng)型 MOS 管，其柵極和其它電極間是絕緣的。
   

   
   

2. P 溝道增強(qiáng)型 MOS 管：同樣采用上述方法，在一塊摻雜濃度較低的 N 型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的 P + 區(qū)，并進(jìn)行相同的柵極制作過(guò)程，就制成為一個(gè) P 溝道（PNP 型）增強(qiáng)型 MOS 管。
   

   
   

三、MOS 管的工作原理

增強(qiáng)型 MOS 管的漏極 D 和源極 S 之間有兩個(gè)背靠背的 PN 結(jié)。當(dāng)柵 - 源電壓 VGS = 0 時(shí)，即使加上漏 - 源電壓 VDS，總有一個(gè) PN 結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏 - 源極間沒(méi)有導(dǎo)電溝道（沒(méi)有電流流過(guò)），所以這時(shí)漏極電流 ID = 0。
若在柵 - 源極間加上正向電壓，即 VGS > 0，則柵極和硅襯底之間的 SiO?絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向 P 型硅襯底的電場(chǎng)。由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓 VGS 無(wú)法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS 等效是對(duì)這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場(chǎng)。隨著 VGS 逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的 N 型導(dǎo)電溝道。當(dāng) VGS 大于管子的開(kāi)啟電壓 VT（一般約為 2V）時(shí)，N 溝道管開(kāi)始導(dǎo)通，形成漏極電流 ID。我們把開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵 - 源極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，一般用 VT 表示。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，控制柵極電壓 VGS 的大小改變了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流 ID 大小的目的，這也是 MOS 管用電場(chǎng)來(lái)控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱(chēng)之為場(chǎng)效應(yīng)管。

四、MOS 管的類(lèi)別

按溝道材料型和絕緣柵型各分 N 溝道和 P 溝道兩種；按導(dǎo)電方式，MOS 管又分耗盡型與增強(qiáng)型。所以 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為 N 溝耗盡型和增強(qiáng)型；P 溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類(lèi)，即 N 溝道消耗型、N 溝道增強(qiáng)型、P 溝道消耗型、P 溝道增強(qiáng)型。

五、MOS 管的特性

1. 輸入、輸出特性：對(duì)于共源極接法的電路，源極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離，所以柵極電流為 0，其輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線具有特定的規(guī)律。
   

   
   

2. 導(dǎo)通特性：MOS 管作為開(kāi)關(guān)元件，工作在截止或?qū)▋煞N狀態(tài)。由于 MOS 管是電壓控制元件，主要由柵源電壓 VGS 決定其工作狀態(tài)。以 NMOS 管為例，VGS 大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到 4V 或 10V 就可以了。PMOS 的特性是 VGS 小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接 VCC 時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。不過(guò)，雖然 PMOS 可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大、價(jià)格貴、替換種類(lèi)少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用 NMOS。