N沟MOS晶体管

金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-SemIConductor)构造的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS集成电路。

由p型衬底和两个高浓度n扩散区构成的MOS管叫作n沟道MOS管，该管导通时在两个高浓度n扩散区间构成n型导电沟道。n沟道加强型MOS管必需在栅极上施加正向偏压，且只要栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压（栅源电压为零）时，就有导电沟道产生的n沟道MOS管。

NMOS集成电路是N沟道MOS电路，NMOS集成电路的输入阻抗很高，根本上不需求吸收电流，因而，CMOS与NMOS集成电路衔接时不用思索电流的负载问题。NMOS集成电路大多采用单组正电源供电，并且以5V为多。CMOS集成电路只需选用与NMOS集成电路相同的电源，就可与NMOS集成电路直接衔接。不过，从NMOS到CMOS直接衔接时，由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平，因此需求运用一个（电位）上拉电阻R，R的取值普通选用2～100KΩ。

N沟道加强型MOS管的构造

在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制造两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。

然后在半导体外表掩盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏——源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。

在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道加强型MOS管。MOS管的源极和衬底通常是接在一同的(大多数管子在出厂前已连接好)。

它的栅极与其它电极间是绝缘的。

图(a)、(b)分别是它的构造表示图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。P沟道加强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图(c)所示。

N沟道加强型MOS管的工作原理

（1）vGS对iD及沟道的控制造用

① vGS=0 的状况

从图1(a)能够看出，加强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压vGS=0时，即便加上漏——源电压vDS，而且不管vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏——源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流iD≈0。

② vGS>0 的状况

若vGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体外表的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排挤空穴而吸收电子。

排挤空穴：使栅极左近的P型衬底中的空穴被排挤，剩下不能挪动的受主离子(负离子)，构成耗尽层。吸收电子：将 P型衬底中的电子（少子）被吸收到衬底外表。

（2）导电沟道的构成：

当vGS数值较小，吸收电子的才能不强时，漏——源极之间仍无导电沟道呈现，如图1(b)所示。vGS增加时，吸收到P衬底外表层的电子就增加，当vGS到达某一数值时，这些电子在栅极左近的P衬底外表便构成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏——源极间构成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。vGS越大，作用于半导体外表的电场就越强，吸收到P衬底外表的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。

开端构成沟道时的栅——源极电压称为开启电压，用VT表示。

上面讨论的N沟道MOS管在vGS＜VT时，不能构成导电沟道，管子处于截止状态。只要当vGS≥VT时，才有沟道构成。这种必需在vGS≥VT时才干构成导电沟道的MOS管称为加强型MOS管。沟道构成以后，在漏——源极间加上正向电压vDS，就有漏极电流产生。

vDS对iD的影响

如图(a)所示，当vGS>VT且为一肯定值时，漏——源电压vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管类似。

漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为VGD=vGS－vDS，因此这里沟道最薄。但当vDS较小（vDS随着vDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)时，沟道在漏极一端呈现预夹断，如图2(b)所示。再继续增大vDS，夹断点将向源极方向挪动，如图2(c)所示。由于vDS的增加局部简直全部降落在夹断区，故iD简直不随vDS增大而增加，管子进入饱和区，iD简直仅由vGS决议。

N沟道加强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数

（1）特性曲线和电流方程

1）输出特性曲线

N沟道加强型MOS管的输出特性曲线如图1(a)所示。与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几局部。

2）转移特性曲线

转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件运用时是工作在饱和区(恒流区),此时iD简直不随vDS而变化,即不同的vDS所对应的转移特性曲线简直是重合的,所以可用vDS大于某一数值(vDS＞vGS-VT)后的一条转移特性曲线替代饱和区的一切转移特性曲线。

3）iD与vGS的近似关系

与结型场效应管相相似。在饱和区内,iD与vGS的近似关系式为

式中IDO是vGS=2VT时的漏极电流iD。

（2）参数

MOS管的主要参数与结型场效应管根本相同，只是加强型MOS管中不用夹断电压VP ，而用开启电压VT表征管子的特性。

N沟道耗尽型MOS管的基本结构

（1）构造：

N沟道耗尽型MOS管与N沟道加强型MOS管根本类似。

（2）区别：

耗尽型MOS管在vGS=0时，漏——源极间已有导电沟道产生，而加强型MOS管要在vGS≥VT时才呈现导电沟道。

（3）缘由：

制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因而即便vGS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏——源极间的P型衬底外表也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只需加上正向电压vDS，就有电流iD。

假如加上正的vGS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸收来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，iD增大。反之vGS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，iD减小。当vGS负向增加到某一数值时，导电沟道消逝，iD趋于零，管子截止，故称为耗尽型。

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