01、MOS管定義

MOS管的英文全稱是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管，屬于電壓控制電流型半導(dǎo)體器件，具有高輸入阻抗、低噪聲增益、切換速度快等優(yōu)點(diǎn)，主要用作電子電路的開關(guān)控制與功率放大電路。

圖1：貼片MOS管

02、MOS管結(jié)構(gòu)與分類

2.1、MOS管結(jié)構(gòu)組成

MOS管是由金屬（Metal）、氧化物（Oxide）和半導(dǎo)體（Semiconductor）三部分組成，其中金屬部分被用作柵極（Gate）、氧化物部分被用作絕緣層（Gate Oxide）、半導(dǎo)體部分則被用作溝道（Chanel）和源漏極（Source/Drain）。

圖2：N溝道MOS管與P溝道MOS管結(jié)構(gòu)    

柵極（Gate）柵極是MOS管的控制極，通過改變柵極電壓來來控制溝道的電流。當(dāng)柵極為負(fù)壓時，溝道區(qū)域?qū)?，電流可以通過；當(dāng)柵極為正時，溝道區(qū)域截止，電流無法通過，柵極起到控制電流的作用。源極（Source）源極是MOS管的輸入端，可以接受正向偏置或反向偏置。當(dāng)源極為正時，可以吸引溝道區(qū)域的電子；當(dāng)源極為負(fù)極時，可以排斥溝道區(qū)域的空穴，源極起到控制溝通的作用。漏極（Drain）漏極是MOS管的輸出端，將溝道區(qū)域的電荷收集起來形成輸出電流，當(dāng)漏極電壓為正時，溝道區(qū)域的載流子會推向漏極，形成導(dǎo)電通道；當(dāng)漏極電壓為負(fù)極時，溝道區(qū)域的載流子會被排斥到漏極附近，形成絕緣層，漏極起到控制輸出電流的作用。

2.2、MOS管分類

根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同，MOS管可分為NMOS(N溝道型）和PMOS(P溝道型）兩類；而根據(jù)材料分為耗盡型和增強(qiáng)型；兩者疊加組合，MOS管主要分為增強(qiáng)型PMOS管、增強(qiáng)型NMOS管、耗盡型PMOS管、耗盡型NMOS管。在實(shí)際應(yīng)用中，以增強(qiáng)型NMOS和增強(qiáng)型PMOS為主，故通常提到NMOS管和PMOS管指的就是兩種。    

圖3：增強(qiáng)型MOS管電路符號

圖4：耗盡型MOS管電路符號

【重要知識點(diǎn)】增強(qiáng)型MOS管指的是MOS管并沒有加偏置電壓時，并沒有導(dǎo)電溝道，耗盡型則指的是MOS管并沒有加偏置電壓時，就會有導(dǎo)電溝道出現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，鑒于NMOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻小，且易于生產(chǎn)制造，NMOS管比PMOS管要更常見。

03、MOS工作原理

3.1、MOS管工作過程

建立導(dǎo)電溝道    當(dāng)外加正向的柵源電壓VGS＞0時，在柵極下方的氧化層上出現(xiàn)上正下負(fù)的電場，電場將吸引P區(qū)中的自電電子，使其在氧化層下方聚集，同時會排斥P區(qū)中的空穴，使之離開該區(qū)域。VGS越大電場強(qiáng)度越大，當(dāng)VGS達(dá)到開啟電壓VGS(VT)時，該區(qū)域聚集的自由電子濃度足夠大，而形成一個新的N型區(qū)域，就象一條溝道將漏極與源極連接起來，該區(qū)域就稱為N型導(dǎo)電溝道，簡稱N溝道。

圖5：N型溝道建立過程

建立漏極電流當(dāng)溝道建立之后，如果漏極之間存在一定的驅(qū)動電壓VDS。當(dāng)漏極電壓VDS出現(xiàn)之后，漏極電位高于源極，故VGS＞VGD，所以造成氧化層上的電場分布不均勻，靠近源極強(qiáng)度大，靠近漏極強(qiáng)度弱，相應(yīng)的導(dǎo)電溝道也就隨之變化：靠近源極處寬，靠近漏極處窄。

圖6：MOS管工作原理

把開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓，用VTH表示，控制柵極電壓VGS的大小改變了電場的強(qiáng)弱，可以達(dá)到控制漏極電流ID的大小的目的，也是MOS管用電場來控制電流的重要特點(diǎn)，故稱場效應(yīng)管。

3.2、MOS管工作階段

圖6：MOS管輸出特性曲線

截止區(qū)（夾斷區(qū)）

截止區(qū)也稱夾斷區(qū)，當(dāng)VGS＜VTH時，MOS管導(dǎo)電溝道被夾斷，在夾斷區(qū)，電流的流動被有效地阻斷，從而實(shí)現(xiàn)MOS管的開關(guān)功能，夾斷區(qū)的形成是通過控制柵極電壓來實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)柵極電壓低于MOS管的閥值電壓時，夾斷區(qū)處于截止?fàn)顟B(tài)，MOS管的導(dǎo)電能力非常低，幾乎沒有電流流過，這種狀態(tài)，MOS管可以看作是一個開關(guān)斷開的狀態(tài)。

恒流區(qū)（飽和區(qū)）

當(dāng)VDS＞VTH(即VGD＜VTH)時，MOS管進(jìn)入恒流區(qū)，在此工作區(qū)內(nèi)，VDS增大時，ID僅略微增大，可以將ID看作是受VGS控制的電流源，當(dāng)MOS管做放大管使用時，工作在此區(qū)域。  

可變電阻區(qū)

當(dāng)VDS＜VTH(即VGD＞VTH)時，MOS管工作在可變電阻區(qū)，在此工作區(qū)內(nèi)，可通過改變VGS的大小來改變MOS管的導(dǎo)通電阻大小。

擊穿區(qū)

擊穿區(qū)位于圖中右邊的區(qū)域，隨著VDS的不斷增大，PN結(jié)因承受太大的反向電壓而擊穿，ID急劇增加，工作時應(yīng)避免管子工作在擊穿區(qū)，轉(zhuǎn)移特性曲線可以從輸出特性曲線上用作圖方法求得。