增强型MOS管的结构与原理

    增强型MOS管有N沟道和P沟道之分，分别称为增强型NMOS管和增强型PMOS管，其结构与工作原理基本相似，在实际中增强型NMOS管更为常用。下面以增强型NMOS管为例来说明增强型MOS管的结构与工作原理。

    增强型NMOS管的结构与等效图形符号如图1-18所示。

    图1-18    增强型NMOS管

   (a)结构；(b)等效图形符号

    增强型NMOS管是以P型硅片作为基片（又称衬底），在基片上制作两个含很多杂质的N型材料，再在上面制作一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在两个N型材料上引出两个铝电极，分别称为漏极(D)和源极(S)，在两极中间的SiO2绝缘层上制作一层铝制导电层，从该导电层上引出的电极称为G极。P型衬底与D极连接的N型半导体会形成二极管结构（称之为寄生二极管）。由于P型衬底通常与S极连接在一起，所以增强型NMOS管又可用图1-18(b)所示的等效图形符号表示。

    增强型NMOS管需要加合适的电压才能工作。加有电压的增强型NMOS管如图1-19所示，图1-19 (a)所示为结构图形式，图1-19 (b)所示为电路图形式。

    如图1-19 (a)所示，电源E1通过R1接NMOS管D、S极，电源E2通过开关S接NMOS管的G、S极。在开关S断开时，NMOS管的G极无电压，D、S极所接的两个N区之间没有导电沟道，所以两个N区之间不能导通，ID电流为0A；如果将开关S闭合，NMOS管的G极获得正电压，与G极连接的铝电极有正电荷，它产生的电场穿过SiO2层，将P衬底的很多电子吸引靠近SiO2层，从而在两个N区之间出现导电沟道，由于此时D、S极之间加上正向电压，于是有ID电流从D极流入，再经导电沟道从S极流出。

    如果改变E2电压的大小，也即改变G、S极之间的电压UGS，与G极相连的铝层产生的电场大小会变化，SiO2层下面的电子数量也会变化，两个N区之间的沟道宽度会发生变化，流过的ID电流大小就会变化。UGS电压越高，沟道就会越宽，ID电流就会越大。

    图1-19    加有电压的增强型NMOS管

   (a)结构图形式；(b)电路图形式

    由此可见，改变G、S极之间的电压UGS，D、S极之间的内部沟道宽窄就会发生变化，从D极流向S极的ID电流大小也就发生变化，并且ID电流变化较UGS电压变化大得多，这就是场效应管的放大原理（即电压控制电流变化原理）。为了表示场效应管的放大能力，引入一个参数跨导gm，gm用下面的公式计算

   gm反映了G、S极电压UGS对D极电流ID的控制能力，是表述场效应管放大能力的一个重要的参数（相当于三极管的β），gm的单位是西门子(S)，也可以用A/V表示。

    增强型MOs管具有的特点是：在G、S极之间未加电压(即UGS=0V)时，D、S极之间没有沟道，ID=0A；当G、S极之间加上合适的电压（大于开启电压UT）时，D、S极之间有沟道形成，UGS电压变化时，沟道宽窄会发生变化，ID电流也会变化。

    对于增强型NMOS管，G、S极之间应加正电压（即UG>US，UGS =UG-US为正压），D、S极之间才会形成沟道；对于增强型PMOS管，G、S极之间须加负电压（即UG<US，UGS=UG-US为负压），D、S极之间才有沟道形成。

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