P 沟道 MOS 管工作原理 / 木子杰软件教程

P 沟道 MOS 管工作原理

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金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管可分为 N 沟道与 P 沟道两大类， P 沟道硅 MOS 场效应晶体管在 N 型硅衬底上有两个 P+区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，柵极上加有足够的正电压(源极接地)时，柵极下的 N 型硅表面呈现 P 型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。改变栅压可以改变沟道中的电子密度，从而改变沟道的电阻。这种 MOS 场效应晶体管称为 P 沟道增强型场效应晶体管。如果 N 型硅衬底表面不加栅压就已存在 P 型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。这样的 MOS 场效应晶体管称为 P 沟道耗尽型场效应晶体管。统称为 PMOS 晶体管。 P 沟道 MOS 晶体管的空穴迁移率低,因而在 MOS 晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS 晶体管的跨导小于 N 沟道 MOS 晶体管。此外，P 沟道 MOS 晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性,与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。PMOS 因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在 NMOS 电路(见 N 沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后，多数已为 NMOS 电路所取代。只是,因 PMOS 电路工艺简单,价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用 PMOS 电路技术。PMOS 的特性，Vgs 小于一定的值就会导通，适合用于源极接 VCC 时的情况（高端驱动）。但是，虽然 PMOS 可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用 NMOS。正常工作时，P 沟道增强型 MOS 管的衬底必须与源极相连，而漏心极的电压 Vds 应为负值，以保证两个 P 区与衬底之间的 PN 结均为反偏，同时为了在衬底顶表面附近形成导电沟道，栅极对源极的电压 Vgs 也应为负。导电沟道的形成（Ｖds＝０）当 Vds=0 时，在栅源之间加负电压 Vgs，由于绝缘层的存在，故没有电流，但是金属栅极被补充电而聚集负电荷，Ｎ型半导体中的多子电子被负电荷排斥向体内运动，表面留下带正电的离子，形成耗尽层，随着Ｇ、Ｓ间负电压的增加，耗尽层加宽，当 Vgs 增大到一定值时，衬底中的空穴（少子）被栅极中的负电荷吸引到表面，在耗尽层和绝缘层之间形成一个Ｐ型薄层，称反型层，这个反型层就构成漏源之间的导电沟道，这时的Ｖ gs 称为开启电压 Vgs（th），Vgs 到 Vgs（th）后再增加，衬底表面感应的空穴越多，反型层加宽，而耗尽层的宽度却不再变化，这样我们可以用 Vgs 的大小控制导电沟道的宽度。

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