P溝道MOS管工作原理

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類， P溝道硅MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個(gè)P+區(qū)，分別叫做源極和漏極，兩極之間不通導(dǎo)，柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時(shí)，柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層，成為銜接源極和漏極的溝道。改動(dòng)?xùn)艍嚎梢愿膭?dòng)溝道中的電子密度，從而改動(dòng)溝道的電阻。這種MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。假設(shè)N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上恰當(dāng)?shù)钠珘海墒箿系赖碾娮柙龃蠡驕p小。這樣的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱為PMOS晶體管。

P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低，因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對(duì)值普通偏高，懇求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性，與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路(見(jiàn)N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)呈現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單，價(jià)錢低價(jià)，有些中范圍和小范圍數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適宜用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，固然PMOS可以很便當(dāng)?shù)赜米鞲叨蓑?qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)錢貴，交流種類少等緣由，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是運(yùn)用NMOS。

正常工作時(shí)，P溝道增強(qiáng)型MOS管的襯底必需與源極相連，而漏心極的電壓Vds應(yīng)為負(fù)值，以保證兩個(gè)P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏，同時(shí)為了在襯底頂表面左近構(gòu)成導(dǎo)電溝道，柵極對(duì)源極的電壓Vgs也應(yīng)為負(fù)。

1．Ｖds≠Ｏ的情況導(dǎo)電溝道構(gòu)成以后，ＤＳ間加負(fù)向電壓時(shí)，那么在源極與漏極之間將有漏極電流Ｉd流通，而且Ｉd隨Vds而增加．Ｉd沿溝道產(chǎn)生的壓降使溝道上各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，該電壓削弱了柵極中負(fù)電荷電場(chǎng)的作用，使溝道從漏極到源極逐漸變窄．當(dāng)Ｖds增大到使Ｖgd＝Ｖgs（TH），溝道在漏極左近呈現(xiàn)預(yù)夾斷．

2．導(dǎo)電溝道的構(gòu)成（Ｖds＝0）當(dāng)Vds=0時(shí)，在柵源之間加負(fù)電壓Vgs，由于絕緣層的存在，故沒(méi)有電流，但是金屬柵極被補(bǔ)充電而聚集負(fù)電荷，Ｎ型半導(dǎo)體中的多子電子被負(fù)電荷排斥向體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，表面留下帶正電的離子，構(gòu)成耗盡層，隨著Ｇ、Ｓ間負(fù)電壓的增加，耗盡層加寬，當(dāng)Vgs增大到一定值時(shí)，襯底中的空穴（少子）被柵極中的負(fù)電荷吸收到表面，在耗盡層和絕緣層之間構(gòu)成一個(gè)Ｐ型薄層，稱反型層，這個(gè)反型層就構(gòu)成漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時(shí)的Ｖgs稱為開(kāi)啟電壓Vgs（th），Vgs到Vgs（th）后再增加，襯底表面感應(yīng)的空穴越多，反型層加寬，而耗盡層的寬度卻不再變化，這樣我們可以用Vgs的大小控制導(dǎo)電溝道的寬度。

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