2025年MOS管

科技前沿 • 2025-02-26 11:43 • 阅读 52

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MOS管

MOS管符号

下面是NMOS和PMOS几种常见的符号表示：
对于四端表示，G和B很容易区分，而S和D可互换，若箭头出现在衬底上，且箭头从B指向G则为NMOS（箭头从G指向B则为PMOS）；若箭头未出现在衬底上，那么有箭头的就是S，另一端便为D，当箭头从G指向S,为NMOS，当箭头从S指向G,为PMOS
对于三端表示，省略衬底（B），只画出G,S,D；G很容易区分，源漏的判断依据：有箭头的一端为S，另一端为D；当箭头从G指向S,为NMOS，当箭头从S指向G,为PMOS；
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MOS管的增强型和耗尽型，

在CMOS电路中都采用增强型器件；
耗尽型可理解为栅端无需加偏压，源漏之间也有导电沟道产生；
对于NMOS，将阈值电压Vt>0的器件称为增强型NMOS，将阈值电压Vt<0的器件称为耗尽型NMOS（如上图G）
对于PMOS，将阈值电压Vt<0的器件称为增强型PMOS，将阈值电压Vt>0的器件称为耗尽型PMOS（如上图H）

MOS管结构

NMOS做在P-sub上，源漏均为重掺杂的N型注入，衬底通过重掺杂的P型注入，降低其欧姆接触电阻
PMOS做在N-sub上，源漏均为重掺杂的P型注入，衬底通过重掺杂的N型注入，降低其欧姆接触电阻
沟道上方是高质量的栅氧化层，氧化层上生长多晶硅作为栅极，利用多晶硅栅工艺，可实现源漏自对准；栅与衬底和夹在他们之间的氧化层构成了一个电容，这是MOS管的关键；
CMOS（互补型MOS）可以同时制作NMOS和PMOS（NMOS做在P阱中，PMOS做在N阱中）；
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工作原理

MOS管特性曲线

MOS管工作区间有以下几个
截止区（夹断区），Vgs<Vth，MOS管没有导电沟道产生，Id≈0（实际电流为PN结的漏电流近似为0）；
线性区（变阻区），Vgs-Vth>Vds>0，Id随Vds呈线性增加，不同的Vgs对应不同的电阻，Id=Kn[(Vgs-Vth)Vds-1/2Vds^2]；
饱和区（恒流区），Vds>Vgs-Vth>0，Id基本不随Vds变化，Id的大小主要决定于电压Vgs，Id=1/2Kn(Vgs-Vth)^2;
击穿区，此时Vds过大，源漏与衬底构成的PN结承受太大的反向电压而被击穿，应该避免管子工作在该区域；
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转移特性，是表示Vds一定时，Id与Vgs之间的关系,上图b表示Vds=6V时，Id随Vgs增大而增大

MOS管各工作状态下的沟道情况；

截止区（夹断区），如下图a，MOS管没有导电沟道产生，Id≈0；
线性区（变阻区），如下图b，Id随Vds呈线性增加，不同的Vgs对应不同的电阻，线性区沟道电阻R=1/Kn(Vgs-Vth)，Vgs越大导电沟道电子浓度越高，电阻越低，对应上图a I-V斜率越大；
饱和区（恒流区），如下图c，Vds=Vgs-Vth，等效于Vgd=Vgs-Vds=Vth，此时靠近漏端有效栅压为Vgd刚好等于阈值电压，达到预夹断点后；Id基本不随Vds变化；原因是因为Vds增大的同时，沟道也在成比例缩短(等效于沟道电阻随Vds的增大而呈比例的变大，如下图d)，所以最终Id不再随Vds增大而增大，趋于恒定；Id=的大小主要决定于Vgs，Id=1/2Kn(Vgs-Vth)^2;
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