【经验】解析如何判断MOS管工作状态

时间： 2022-10-04 来源：HI-SEMICON官网

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MOS管的工作状态一共有两种，增强型和耗尽型两类又有N沟道和P沟道之分。那么如何判断MOS管工作状态呢？本文HI-SEMICON将为您进行介绍。

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。

如何判断mos管工作状态-N沟道增强型MOS场效应管

1. V_GS对I_D及沟道的控制作用

①V_GS=0的情况

从图1（a）可以看出，增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压V_GS=0时，即使加上漏——源电压V_DS，而且不论V_DS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏——源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流I_D≈0。

②V_GS>0的情况

若V_GS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。

排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子（负离子），形成耗尽层。吸引电子：将 P型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。

2. 导电沟道的形成：

当V_GS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏——源极之间仍无导电沟道出现，如图1（b）所示。V_GS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当V_GS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏——源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1（c）所示。V_GS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。开始形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压，用V_T表示。

上面讨论的N沟道MOS管在V_GS＜V_T时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当V_GS≥V_T时，才有沟道形成。这种必须在V_GS≥V_T时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。沟道形成以后，在漏——源极间加上正向电压V_DS，就有漏极电流产生。

如图（a）所示，当V_GS>V_T且为一确定值时，漏——源电压V_DS对导电沟道及电流I_D的影响与结型场效应管相似。

漏极电流ID沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为V_GD=V_GS－V_DS，因而这里沟道最薄。但当V_DS较小（V_DS）

随着V_DS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当V_DS增加到使V_GD=V_GS－V_DS=V_T(或V_DS=V_GS－V_T)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如图2（b）所示。再继续增大V_DS，夹断点将向源极方向移动，如图2（c）所示。由于V_DS的增加部分几乎全部降落在夹断区，故I_D几乎不随V_DS增大而增加，管子进入饱和区，I_D几乎仅由V_GS决定。

如何判断mos管工作状态-N沟道增强型MOS场效应管

（1）结构：N沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管基本相似。

（2）区别：耗尽型MOS管在V_GS=0时，漏——源极间已有导电沟道产生，而增强型MOS管要在V_GS≥V_T时才出现导电沟道。

（3）原因：制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使V_GS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏——源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压V_DS，就有电流I_D。

如果加上正的V_GS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，I_D增大。反之V_GS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，I_D减小。当V_GS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，I_D趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅－源电压称为夹断电压，仍用VP表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP也为负值，但是，前者只能在V_GS<0的情况下工作。而后者在V_GS=0，V_GS>0。

N沟道增强型MOS管MOS管曲线和电流方程

输出特性曲线

N沟道增强型MOS管的输出特性曲线如图1（a）所示。与结型场效应管一样，其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。转移特性曲线如图1（b）所示，由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区（恒流区），此时iD几乎不随vDS而变化，即不同的vDS所对应的转移特性曲线几乎是重合的，所以可用V_DS大于某一数值(V_DS＞V_GS-V_T)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线。I_D与V_GS的近似关系。

与结型场效应管相类似。在饱和区内，I_D与V_GS的近似关系式为：

P沟道耗尽型MOS管

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

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