細(xì)說(shuō)MOS管

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　　一、什么是MOS管？
2 O/ E2 d0 \5 H  X: C　　MOS管全稱(chēng)金屬—氧化物—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或稱(chēng)金屬—絕緣體—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，英文名metal oxide semiconductor，屬于場(chǎng)效應(yīng)管中的絕緣柵型，因此，MOS管有時(shí)候又稱(chēng)為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。
' \3 f5 R, g* i6 v3 B　　二、MOS管的構(gòu)造。
* Q9 i8 o9 G/ A" M2 ^0 @# \  j$ z　　MOS管這個(gè)器件有兩個(gè)電極，分別是漏極D和源極S，無(wú)論是圖一的N型還是圖二的P型都是一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+/P+區(qū)，并用金屬鋁引出漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的N/P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅（Si02）絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N/P溝道（NPN型）增強(qiáng)型MOS管。
　　三、MOS管的特性。
　　MOS管具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好；制造工藝簡(jiǎn)單、輻射強(qiáng)，因而通常被用于放大電路或開(kāi)關(guān) 電路。
' j; G3 {# \( M1 @3 o2 |5 V8 `4 H　　四、MOS管的電壓極性和符號(hào)規(guī)則:
) k  _% }: C( n0 u　　圖一是N溝道MOS管的符號(hào)，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是P溝道的MOS管。
* v5 I7 d$ h8 e1 D　　在實(shí)際MOS管生產(chǎn)的過(guò)程中襯底在出廠前就和源極連接，所以在符號(hào)的規(guī)則中；表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區(qū)別漏極和源極。圖三是P溝道MOS管的符號(hào)。
　　MOS管應(yīng)用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類(lèi)似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負(fù)極，柵極G正電壓時(shí)導(dǎo)電溝道建立，N溝道MOS管開(kāi)始工作,如圖二所示。同樣P道的類(lèi)似PNP晶體三極管，漏極D接負(fù)極，源極S接正極，柵極G負(fù)電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道建立，P溝道MOS管開(kāi)始工作,如圖圖四所示；五、MOS管的工作原理。
　　從上圖一可以看出增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。
　　當(dāng)柵-源電壓VGS=0時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒(méi)有導(dǎo)電溝道（沒(méi)有電流流過(guò)），所以這時(shí)漏極電流ID=0。
6 y5 e: X" ^; |　　此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，圖二所示，即VGS＞0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場(chǎng)，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓VGS無(wú)法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對(duì)這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場(chǎng)，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開(kāi)啟電壓VT（一般約為 2V）時(shí)，N溝道管開(kāi)始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，一般用VT表示�？刂茤艠O電壓VGS的大小改變了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流ID的大小的目的，這也是MOS管用電場(chǎng)來(lái)控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱(chēng)之為場(chǎng)效應(yīng)管。
4 w: a6 T% N3 Q  G2 Q! r# h　　六：MOS的優(yōu)勢(shì)：
　　1、場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似，圖一所示是N溝道MOS管和NPN型晶體三極管引腳，圖二所示是P溝道MOS管和PNP型晶體三極管引腳對(duì)應(yīng)圖。
　　2、場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，普通的晶體三極管是電流控制電流器件，由IB控制IC。MOS管道放大系數(shù)是（跨導(dǎo)gm）當(dāng)柵極電壓改變一伏時(shí)能引起漏極電流變化多少安培。晶體三極管是電流放大系數(shù)（貝塔β）當(dāng)基極電流改變一毫安時(shí)能引起集電極電流變化多少。
　　3、場(chǎng)效應(yīng)管柵極和其它電極是絕緣的，不產(chǎn)生電流；而三極管工作時(shí)基極電流IB決定集電極電流IC。因此場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高的多。
　　4、場(chǎng)效應(yīng)管只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電；三極管有多數(shù)載流子和少數(shù)載流子兩種載流子參與導(dǎo)電，因少數(shù)載流子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場(chǎng)效應(yīng)管比三極管的溫度穩(wěn)定性好。
# N! d7 U% f# E0 h8 ]) \% G! m　　5、場(chǎng)效應(yīng)管在源極未與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大，而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，b 值將減小很多。
. k7 |5 q8 X% Y: x　　6、場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級(jí)及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應(yīng)管。
　　7、場(chǎng)效應(yīng)管和普通晶體三極管均可組成各種放大電路和開(kāi)關(guān)電路，但是場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝簡(jiǎn)單，并且又具有普通晶體三極管不能比擬的優(yōu)秀特性，在各種電路及應(yīng)用中正逐步的取代普通晶體三極管，目前的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中，已經(jīng)廣泛的采用場(chǎng)效應(yīng)管。
8 \; i$ {( x7 Q5 o* b　　8、輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率�。河捎跂旁粗�間是二氧化硅（SiO2）絕緣層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達(dá)100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。由于輸入阻抗高，對(duì)激勵(lì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生壓降，有電壓就可以驅(qū)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)功率極�。�靈敏度高）。一般的晶體三極管必需有基極電壓Vb，再產(chǎn)生基極電流Ib，才能驅(qū)動(dòng)集電極電流的產(chǎn)生。晶體三極管的驅(qū)動(dòng)是需要功率的（Vb×Ib）。
+ \9 F2 L# h- J) \  n+ F1 B: r　　9、開(kāi)關(guān)速度快:MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和輸入的容性特性的有很大關(guān)系，由于輸入容性特性的存在，使開(kāi)關(guān)的速度變慢，但是在作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用時(shí)，可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻，加快開(kāi)關(guān)速度（輸入采用了后述的“灌流電路”驅(qū)動(dòng)，加快了容性的充放電的時(shí)間）。MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10—100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，普通的晶體三極管由于少數(shù)載流子的存儲(chǔ)效應(yīng)，使開(kāi)關(guān)總有滯后現(xiàn)象，影響開(kāi)關(guān)速度的提高（目前采用MOS管的開(kāi)關(guān)電源其工作頻率可以輕易的做到100K/S～150K/S,這對(duì)于普通的大功率晶體三極管來(lái)說(shuō)是難以想象的）。
* m5 c5 P, a8 x# X& R" P& b　　10、無(wú)二次擊穿：由于普通的功率晶體三極管具有當(dāng)溫度上升就會(huì)導(dǎo)致集電極電流上升（正的溫度～電流特性）的現(xiàn)象，而集電極電流的上升又會(huì)導(dǎo)致溫度進(jìn)一步的上升，溫度進(jìn)一步的上升，更進(jìn)一步的導(dǎo)致集電極電流的上升這一惡性循環(huán)。而晶體三極管的耐壓VCEO隨管溫度升高是逐步下降，這就形成了管溫繼續(xù)上升、耐壓繼續(xù)下降最終導(dǎo)致晶體三極管的擊穿，這是一種導(dǎo)致電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源管和行輸出管損壞率占95%的破環(huán)性的熱電擊穿現(xiàn)象，也稱(chēng)為二次擊穿現(xiàn)象。MOS管具有和普通晶體三極管相反的溫度～電流特性，即當(dāng)管溫度（或環(huán)境溫度）上升時(shí)，溝道電流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET開(kāi)關(guān)管，當(dāng)VGS控制電壓不變時(shí)，在250C溫度下IDS=3A，當(dāng)芯片溫度升高為1000C時(shí)，IDS降低到2A，這種因溫度上升而導(dǎo)致溝道電流IDS下降的負(fù)溫度電流特性，使之不會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)而熱擊穿。也就是MOS管沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象，可見(jiàn)采用MOS管作為開(kāi)關(guān)管，其開(kāi)關(guān)管的損壞率大幅度的降低，近兩年電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源采用MOS管代替過(guò)去的普通晶體三極管后，開(kāi)關(guān)管損壞率大大降低也是一個(gè)極好的證明。
　　11、MOS管導(dǎo)通后其導(dǎo)通特性呈純阻性：普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通是，幾乎是直通，有一個(gè)極低的壓降，稱(chēng)為飽和壓降，既然有一個(gè)壓降，那么也就是；普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通后等效是一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)等效的電阻是一個(gè)非線性的電阻（電阻上的電壓和流過(guò)的電流不能符合歐姆定律），而MOS管作為開(kāi)關(guān)管應(yīng)用，在飽和導(dǎo)通后也存在一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)電阻等效一個(gè)線性電阻，其電阻的阻值和兩端的電壓降和流過(guò)的電流符合歐姆定律的關(guān)系，電流大壓降就大，電流小壓降就小，導(dǎo)通后既然等效是一個(gè)線性元件，線性元件就可以并聯(lián)應(yīng)用，當(dāng)這樣兩個(gè)電阻并聯(lián)在一起，就有一個(gè)自動(dòng)電流平衡的作用，所以MOS管在一個(gè)管子功率不夠的時(shí)候，可以多管并聯(lián)應(yīng)用，且不必另外增加平衡措施（非線性器件是不能直接并聯(lián)應(yīng)用的）。
! X5 T+ u/ Q; w; P/ G　　MOS管和普通的晶體三極管相比，有以上11項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，就足以使MOS管在開(kāi)關(guān)運(yùn)用狀態(tài)下完全取代普通的晶體三極管。目前的技術(shù)MOS管道VDS能做到1000V，只能作為開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管應(yīng)用，隨著制造工藝的不斷進(jìn)步，VDS的不斷提高，取代顯像管電視機(jī)的行輸出管也是近期能實(shí)現(xiàn)的。
8 e5 E+ L0 N) q. @　　MOS管STP4NK80Z的特性：
0 B6 R% ~: Z/ b% N0 P　　超網(wǎng)格μ系列是通過(guò)
　　ST型條帶的極值優(yōu)化
( p7 D/ ?9 c% E) F. J4 y　　PopyMeX的布局。除了推
　　阻力明顯下降，采取特殊護(hù)理措施
　　以確保良好的DV/DT能力
　　最苛刻的應(yīng)用。級(jí)數(shù)補(bǔ)語(yǔ)
　　ST全系列高壓MOSFET包括
1 P. C* q: w: e' t　　革命性的MdMeMe產(chǎn)品。
4 T* [* D3 M% H/ q9 q" E　　應(yīng)用
　　大電流高速開(kāi)關(guān)
. s# a3 Z; H4 z( D) H* ]4 `　　是離線電源的理想選擇，
　　適配器與PFC
2 U: _8 e6 a% q8 j7 |. \& l' u0 V" u　　氙燈
　　典型的RDS（ON）＝3
/ ]4 Q; F: o( e　　極高的DV/dt能力
　　ω100%雪崩試驗(yàn)
　　最小柵電荷
4 y; w1 M# i* F! W　　非常低的本征電容
　　非常好的制造業(yè)
　　重復(fù)性

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