MOS管知识总结
时间：2022-11-01 12:30:00
MOS管构造
MOS管的学名是场效应管，是金属氧化物半导体场效应管，属于绝缘格栅类型。本文简要描述了工程师在结构结构、特点、实用电路等方面的文字。其结构示意图： 
解释1：在沟的上图中，下P型中间的窄长条是沟，使左右P型极端连接在一起，因此mos管道导通后是电阻特性，因此其重要参数之一是导通电阻mos管必须清楚这个参数是否符合需求。
解释2：n上图表示p型mos管，读者可以根据这张图理解n型，都是反过来的。因此，不难理解，n如图所示，在栅极加正压会导致导通，而p型则相反。
说明3：与耗尽型相比，增强型是通过加厚导电沟的厚度来导通的，如图所示。栅极电压越低，P型源和漏极的正离子越靠近中间，n衬底的负离子离栅极越远，栅极电压达到一个值，称为阀值或坎压时，P型游离的正离子连接在一起形成通道，即图示效果。因此，很容易理解，栅极电压必须到一定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越小。由于电场的强度与距离平方成正比，电场强到一定程度后，电压下降引起的沟加厚不明显，也因为n负离子的退让越来越困难。耗尽型是提前制作导通层，用栅极加厚或减薄来控制源漏的导通。但这种管道一般不生产，在市场上基本看不到。所以，大家平时说mos管道默认为增强型。
解释4:左右对称图表左右对称，难免会有人问如何区分源极和漏极。其实原则上源极和漏极是对称的，没有区别。但在实际应用中，厂家一般在源极和漏极之间连接二极管，起到保护作用。正是这种二极管决定了源极和漏极，这样，包装就固定了，方便实用。我的老师年轻时用过没有二极管的东西mos管道。很容易被静电击穿，通常放在铁罐里，它的源极和漏极是随意连接的。
说明5：金属氧化物膜图表显示，该膜是绝缘的，用于电气隔离，使栅极只能形成电场，不能通过直流电源，因此由电压控制。在直流电气中，栅极和源泄漏极是断路的。不难理解，膜越薄：电场越好，障碍物压力越小，导电能力越强。缺点是：越容易突破，工艺生产越困难，价格就越贵。
解释6：上图与实物的区别只是原理性的，实际元件增加了源-漏之间的跨接保护二极管，从而区分了源极和漏极。实际元件，p类型，衬底连接正电源，使网格极提前成为相对负电压，因此p管，网格极不需要增加负电压，接地可以确保导电。相当于提前形成一个无法导通的沟，严格地说，它应该是耗尽的。优点明显，负电压在应用中被抛弃。
解释7：寄生电容上图的栅极通过金属氧化物和衬底形成电容，质量越高mos，膜越薄，寄生电容越大，通常mos管道寄生电容达到nF级。这个参数是mos必须清楚地考虑管道选择中最重要的参数之一。Mos管道用于控制大电流通断，通常需要数十K甚至数M的开关频率。在这种用途中，格栅极信号具有交流特性。频率越高，交流组件越大，寄生电容器可以通过交流电流形成格栅极电流。消耗的电能和产生的热量不容忽视，甚至成为主要问题。这也是追求高速需要强大的栅极驱动的原因。
解释8:发烧原因Mos管道发热的主要原因之一是寄生电容器在频繁打开和关闭时具有阻抗和电流。有电流就有发热，不是电场型就没有电流。另一个原因是，当栅极电压爬升缓慢时，导通状态应通过从关闭到导通的临界点。此时，导通电阻大，发热严重。第三个原因是导通后，沟道有电阻，过主电流，形成发热。发热是第一点和第三点。许多mos管道具有过高的结温保护作用，即金属氧化膜下温度，一般为150℃。超过这个温度，mos不可能导通。温度下降后恢复。注意这种保护状态的后果。
几个约定俗成电路：
1：pmos应用程序一般用于管理电源的通断，属于无触点开关，栅极低电平完全导致，高电平完全截止。此外，栅极可以增加过电源的电压，这意味着可以使用5v信号管理3v电源开关也用于电平转换。
2：nmos管道应用一般用于管理电路是否接地，属于无触点开关，高电平导致接地，低电平截止。它的高电平可以高于被控制部分的电源，因为栅极是隔离的。所以可以用5v信号控制3v该原理还用于电平转换系统是否接地。
3:放大区域的应用在放大区域工作，一般用于设计反馈电路，需要更多的专业知识，类似于交付，这里不能详细说明。常用于镜像电流源、电流反馈、电压反馈等。至于交付和交付的集成应用程序，我们实际上不需要注意它。人们做得很好，乐观datasheet没必要按mos考虑导通电阻和寄生电容。
什么是MOS管
MOS管英文全称Mosfet(Metal Oxide SeMIconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体场效应管，属于场效应管中的绝缘栅。因此，MOS管道有时被称为绝缘栅场效应管。在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。1、MOS管道结构；在低混合浓度的P型半导体硅衬底上，采用半导体光刻和扩散工艺制作两种高混合浓度N 两个电极由金属铝引出，分别用作泄漏D和源极S。然后在漏极和源极之间的P型半导体表面覆盖一层薄薄的二氧化硅（Si02)绝缘层膜，然后在绝缘层膜上安装铝电极，作为栅极G。这构成了N沟通（NPN型）增强型MOS管。显然，它的栅极与其它电极绝缘。图1-1所示 A 、B它的结构图和代表符号。同样，在低混合浓度的N型半导体硅衬底上，用半导体光刻和扩散工艺制作两种高混合浓度的方法P 区域，以及上述相同的栅极生产过程，制成P沟（PNP型）增强型MOS管。图1-2所示A 、B分别是P沟MOS管道结构图及代表符号。
从图1-3-A可见增强型MOS泄漏D和源极S之间有两个背靠背pn结。当栅-源电压VGS=0时，即使添加漏电源电压VDS，总有一个PN结处于反偏状态，泄漏-源极之间没有导电通道(没有电流过)，因此泄漏电流ID=0。
此时，如果在栅-源极间增加正向电压，图1-3-B所示，即VGS>0，则栅极与硅衬底之间SiO2.在绝缘层中，将产生一个电场，栅极指向P型硅衬底。由于氧化物层是绝缘的，栅极的电压VGS电流无法形成，氧化物层两侧形成电容，VGS等效是用电容器充电并形成电场VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，大量电子聚集在电容器的另一侧，形成从漏极到源极的N型导电沟。VGS大于管道的开启电压VT（一般约为 2V）时，N沟管开始导通，形成漏极电流ID，当开始形成通道时，我们称之为开启电压，通常使用VT表示。控制网极电压VGS的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流ID这也是大小的目的MOS管用电场控制电流的一个重要特点，也称为场效应管。控制网极电压VGS通过改变电场的强度，可以控制漏极电流ID这也是大小的目的MOS管用电场控制电流的一个重要特点，也称为场效应管。MOS管的特性；
上述MOS从管道的工作原理可以看出，MOS由于管的栅极G和源极S是绝缘的，Sio2绝缘层的存在是电容存在于栅极G和源极S之间，电压VGS产生电场导致源极-漏极电流。此时的栅极电压VGS控制栅极电压决定了漏极电流的大小VGS漏极电流的大小可以控制ID的大小。结论如下：1) MOS管道是一种由改变电压来控制电流的装置，因此它是一种电压装置。2） MOS管道输入特性为容性特性，因此输入阻抗极高。4、MOS管道的电压极性和符号规则。
PMOS和NMOS
上图 是N沟道MOS图中D管符号为漏极，S是源极，G是栅极，中间的箭头表示衬底，如果箭头向内表示N沟MOS管道，箭头向外表示P沟MOS管。
在实际MOS在管道生产过程中，衬底在出厂前与源极连接，因此在符号规则中；表示衬底的箭头也必须与源极连接，以区分泄漏和源极。下图为P通道MOS管的符号。
MOS对比管与三极管
MOS管道应用电压的极性与普通晶体三极管相同，N沟道的类似NPN晶体三极管，漏极D接正极，源极S接负极，栅极G正电压时建立导电沟，N沟道MOS管道开始工作，如图1-4所示-B所示。类似的P道PNP晶体三极管，漏极D接负极，源极S接正极，栅极G负电压，P沟道MOS管道开始工作，如图1-5所示-B所示。
MOS与晶体三极管相比，管道的重要特性；
1).场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c，它们的功能相似，图1-6-A所示为N沟MOS管和NPN型晶体三极管引脚，图1-6-B所示为P沟MOS管和PNP晶体三极管引脚对应图。
2).场效应管是由电压控制的电流装置VGS控制ID，普通晶体三极管由电流控制IB控制IC。MOS管道放大系数为(跨导管)gm）当栅极电压发生变化时，会漏极电流变化。晶体三极管是电流放大系数(贝塔β）当基极电流发生变化时，集电极电流会发生变化。
3).场效应管栅极与其它电极绝缘，无电流；三极管工作时基极电流IB决定集电极电流IC。因此，场效应管的输入电阻远高于三极管。
4).场效应管只有大多数载流子参与导电；多数载流子和少数载流子参与导电。由于少数载流子的浓度受温度、辐射等因素的影响较大，场效应管的温度稳定性优于三极管。
5).当源极不与衬底连接时，源极和漏极可以交换使用，特性变化不大，而三极管的集电极和发射极交换使用时，其特性差异很大，b 值会减少很多。
6).场效应管的噪声系数很小，场效应管应选用于低噪声放大电路的输入级和要求高信噪的电路。
7).场效应管和普通晶体三极管可形成各种放大电路和开关电路，但场效应管制造工艺简单，具有普通晶体三极管无与伦比的优良特性，在各种电路和应用中逐渐取代普通晶体三极管，目前规模大、超规模集成电路中，已经广泛的采用场效应管。6、在开关电源电路中；大功率MOS管和大功率晶体三极管相比MOS管的优点；1)、输入阻抗高，驱动功率小：由于栅源之间是二氧化硅（SiO2）绝缘层，栅源之间的直流电阻基本上就是SiO2绝缘电阻，一般达100MΩ左右，交流输入阻抗基本上就是输入电容的容抗。由于输入阻抗高，对激励信号不会产生压降，有电压就可以驱动，所以驱动功率极小（灵敏度高）。一般的晶体三极管必需有基极电压Vb，再产生基极电流Ib，才能驱动集电极电流的产生。晶体三极管的驱动是需要功率的（Vb×Ib）。
2）、开关速度快:MOSFET的开关速度和输入的容性特性的有很大关系，由于输入容性特性的存在，使开关的速度变慢，但是在作为开关运用时，可降低驱动电路内阻，加快开关速度（输入采用了后述的“灌流电路”驱动，加快了容性的充放电的时间）。MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应，因而关断过程非常迅速，开关时间在10—100ns之间，工作频率可达100kHz以上，普通的晶体三极管由于少数载流子的存储效应，使开关总有滞后现象，影响开关速度的提高（目前采用MOS管的开关电源其工作频率可以轻易的做到100K/S～150K/S,这对于普通的大功率晶体三极管来说是难以想象的）。
3）、无二次击穿；由于普通的功率晶体三极管具有当温度上升就会导致集电极电流上升（正的温度～电流特性）的现象，而集电极电流的上升又会导致温度进一步的上升，温度进一步的上升，更进一步的导致集电极电流的上升这一恶性循环。而晶体三极管的耐压VCEO随管温度升高是逐步下降，这就形成了管温继续上升、耐压继续下降最终导致晶体三极管的击穿，这是一种导致电视机开关电源管和行输出管损坏率占95%的破环性的热电击穿现象，也称为二次击穿现象。MOS管具有和普通晶体三极管相反的温度～电流特性，即当管温度（或环境温度）上升时，沟道电流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET开关管，当VGS控制电压不变时，在250C温度下IDS=3A，当芯片温度升高为1000C时，IDS降低到2A，这种因温度上升而导致沟道电流IDS下降的负温度电流特性，使之不会产生恶性循环而热击穿。也就是MOS管没有二次击穿现象，可见采用MOS管作为开关管，其开关管的损坏率大幅度的降低，近两年电视机开关电源采用MOS管代替过去的普通晶体三极管后，开关管损坏率大大降低也是一个极好的证明。
4）、MOS管导通后其导通特性呈纯阻性；普通晶体三极管在饱和导通是，几乎是直通，有一个极低的压降，称为饱和压降，既然有一个压降，那么也就是；普通晶体三极管在饱和导通后等效是一个阻值极小的电阻，但是这个等效的电阻是一个非线性的电阻（电阻上的电压和流过的电流不能符合欧姆定律），而MOS管作为开关管应用，在饱和导通后也存在一个阻值极小的电阻，但是这个电阻等效一个线性电阻，其电阻的阻值和两端的电压降和流过的电流符合欧姆定律的关系，电流大压降就大，电流小压降就小，导通后既然等效是一个线性元件，线性元件就可以并联应用，当这样两个电阻并联在一起，就有一个自动电流平衡的作用，所以MOS管在一个管子功率不够的时候，可以多管并联应用，且不必另外增加平衡措施（非线性器件是不能直接并联应用的）。
MOS管和普通的晶体三极管相比，有以上四项优点，就足以使MOS管在开关运用状态下完全取代普通的晶体三极管。目前的技术MOS管道VDS能做到1000V，只能作为开关电源的开关管应用，随着制造工艺的不断进步，VDS的不断提高，取代显像管电视机的行输出管也是近期能实现的。
