MOS管的概念、结构及原理

1、什么是MOS管

MOS管也就是常说的MOSFET。 MOSFET全称是：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor即，金属氧化物半导体场效应晶体管。 MOS可以分为两种：耗尽型和增强型。

1）耗尽型： Vgs电压为0的时候，导电沟道已经存在，在漏极和源极之间有电压就会有电流流过，当增加Vgs时导通能力增强，当Vgs小于0时导电能力减弱，继续减小逐渐截止，这种MOS管目前用的不是很多。

2）增强型： Vgs=0时，MOS管截止，Vgs逐渐增大，达到一定值后MOS管开始导通，继续增大导通能力增强。 目前市面上基本都是使用这种增强型MOS管。

下面以增强型N沟道场效应管为例，介绍场效应管原理。

2、MOS管结构

如下所示，在P型半导体中嵌入两个N型半导体，N型半导体使用引线引出，这两个就是源极和漏极，和衬底相连的是源极，另外一个是漏极。 然后覆盖一层二氧化硅绝缘层，绝缘层上覆盖金属板，金属板使用引线引出，这就是栅极。 栅极被绝缘层隔离，因此MOS管的栅极电流很小，输入阻抗很大。

P型半导体富含空穴，N型半导体富含电子，两种半导体在接触面上形成空间电荷区（耗尽区），如下图棕色区域。

从下图可以看出，衬底和源极相连后，源极和漏极之间形成一个PN结，这就是MOS内部的体二极管。

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3、MOS管沟道形成

当我们给栅极和源极之间施加电压时，因为源极和衬底相连，所以栅极和衬底之间电压就是Vgs，因此在绝缘层上下形成电场，栅极吸引衬底（P型半导体）内部的电子向上移动，聚集在绝缘层的下方，形成导电沟道，当增大Vgs电压时，电场强度增强，聚集在绝缘层下方的电子增多，导电沟道加深，导电能力增强。

4、漏源电流形成

源极和漏极之间形成导电沟道之后，在漏极和源极之间施加电压Vds，沟道中的电子开始流动形成电流。 当我们维持Vgs不变，逐渐增加漏极电压，也就是Vds，漏极电流逐渐增大，呈线性关系。

注意看下图中的沟道左深右浅，这是由于漏极电压的缘故削弱了栅极电场，可以这么理解，本来电子被栅极吸引建立栅极电场，但是沟道右侧部分电子被漏极正电压吸走，削弱了栅极右侧电场，右侧沟道变浅。 随着漏极电压升高，漏极的空间电荷区变大，进步一衰减了栅极电场，右侧沟道沟道进一步变浅。

以下是2N7002P的特性曲线，以Vgs=3.5V为例，此时MOS管处于红色区间内，漏极电流随Vds增大而增大。

5、预夹断

栅极电压不变，继续增大漏极电压，空间电荷区进一步增大，漏极电压不断地削弱右侧沟道，当右侧沟道刚好“消失”时，出现预夹断，如下图中黑色夹断点。

以下是2N7002P的特性曲线，以Vgs=3.5V为例，此时MOS管处于红色区间内，漏极电流出现拐点，MOS即将走向饱和。

6、夹断

栅极电压不变，继续增加漏极电压，夹断点继续左移，空间电荷区进一步增大，此时漏极电流不再随漏极电压升高而升高，MOS饱和了。

注意，出现夹断并不是没有电流了，电子也能够越过夹断点进入空间电荷区，被空间电荷区的电场加速，最后被漏极吸收。

以下是2N7002P的特性曲线，以Vgs=3.5V为例，此时MOS管处于红色区间内，漏极电流不再随Vds增大而增大，MOS管饱和了。