結構和符號
圖1是N溝道增強型MOS管的結構示意圖和符號。它是在一塊P型矽襯底上,擴散兩個高濃度摻雜的N+區,在兩個N+區之間的矽表面上製作一層很薄的二氧化矽(SiO2)絕緣層,然後在SiO2和兩個N型區表面上分別引出三個電極,稱為源極s、柵極g和漏極d。在其圖形符號中,箭頭表示漏極電流的實際方向。
工作原理
絕緣柵場效應管的導電機理是,利用UGS 控制"感應電荷"的多少來改變導電溝道的寬窄,從而控制漏極電流ID。若UGS=0時,源、漏之間不存在導電溝道的為增強型MOS管,UGS=0 時,漏、源之間存在導電溝道的為耗盡型MOS管。
圖2中襯底為P型半導體,在它的上面是一層SiO2薄膜、在SiO2薄膜上蓋一層金屬鋁,如果在金屬鋁層和半導體之間加電壓UGS,則金屬鋁與半導體之間產生一個垂直於半導體表面的電場,在這一電場作用下,P型矽表面的多數載流子-空穴受到排斥,使矽片表面產生一層缺乏載流子的薄層。同時在電場作用下,P型半導體中的少數載流子-電子被吸引到半導體的表面,並被空穴所俘獲而形成負離子,組成不可移動的空間電荷層(稱耗盡層又叫受主離子層)。UGS愈大,電場排斥矽表面層中的空穴愈多,則耗盡層愈寬,且UGS愈大,電場愈強;當UGS 增大到某一柵源電壓值VT(叫臨界電壓或開啟電壓)時,則電場在排斥半導體表面層的多數載流子-空穴形成耗盡層之後,就會吸引少數載流子-電子,繼而在表面層內形成電子的積累,從而使原來為空穴占多數的P型半導體表面形成了N型薄層。由於與P型襯底的導電類型相反,故稱為反型層。在反型層下才是負離子組成的耗盡層。這一N型電子層,把原來被PN結高阻層隔開的源區和漏區連線起來,形成導電溝道。
用圖2所示電路來分析柵源電壓UGS控制導電溝道寬窄,改變漏極電流ID 的關係:當UGS=0時,因沒有電場作用,不能形成導電溝道,這時雖然漏源間外接有ED電源,但由於漏源間被P型襯底所隔開,漏源之間存在兩個PN結,因此只能流過很小的反向電流,ID ≈0;當UGS>0並逐漸增加到VT 時,反型層開始形成,漏源之間被N溝道連成一體。這時在正的漏源電壓UDS作用下;N溝道內的多子(電子)產生漂移運動,從源極流向漏極,形成漏極電流ID。顯然,UGS愈高,電場愈強,表面感應出的電子愈多,N型溝道愈寬溝道電阻愈小,ID愈大。
主要參數
Idss—飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中,柵極電壓UGS=0時的漏源電流。
Up—夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中,使漏源間剛截止時的柵極電壓。
Ut—開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中,使漏源間剛導通時的柵極電壓。
gM—跨導。是表示柵源電壓UGS—對漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場效應管放大能力的重要參數。
BVDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時,場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數,加在場效應管上的工作電壓必須小於BVDS.
PDSM—最大耗散功率。是一項極限參數,是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時,場效應管實際功耗應小於PDSM並留有一定餘量。
IDSM—最大漏源電流。是一項極限參數,是指場效應管正常工作時,漏源間所允許通過的最大電流。場效應管的工作電流不應超過IDSM。