耗尽型MOS管的工作原理及应用

1.图形符号

耗尽型MOS管也有N沟道和P沟道之分,其图形符号如图6-19所示。

2.结构与原理

P沟道和N沟道耗尽型场效应晶体管的工作原理基本相同,下面以N沟道耗尽型MOS管(简称耗尽型NMOS管)为例进行说明。耗尽型NMOS管的结构与等效图形符号如图6-20所示。

图6-19 耗尽型MOS管的图形符号

a)N沟道b)P沟道

图6-20 耗尽型NMOS管(www.xing528.com)

a)结构 b)等效图形符号

耗尽型NMOS管是以P型硅片作为基片(又称衬底),在基片上再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。

与增强型NMOS管不同的是,在耗尽型NMOS管内的SiO₂层中掺入大量的杂质,其中含有大量的正电荷,它将衬底中大量的电子吸引靠近SiO₂层,从而在两个N区之间出现导电沟道。

当NMOS管D、S极之间加上电源E₁时,由于D、S极所接的两个N区之间有导电沟道存在,所以有I_D电流流过沟道;如果再在G、S极之间加上电源E₂,E₂的正极接S极,它还与下面的P衬底相连,E₂的负极则与G极的铝层相连,会对铝层充得负电荷,铝层负电荷电场穿过SiO₂层,排斥SiO₂层下方的电子,从而使导电沟道变窄,流过导电沟道的I_D电流减小。

如果改变E₂电压的大小,与G极相通的铝层产生的电场大小会发生变化,SiO₂层下面的电子数量就会变化,两个N区之间的沟道宽度就会变化,流过的I_D电流大小就会变化。例如E₂电压增大,G极负电压更低,沟道就会变窄,I_D电流就会减小。

耗尽型MOS管具有的特点是:在G、S极之间未加电压(即U_GS=0V)时,D、S极之间就有沟道存在，I_D不为0A;当G、S极之间加上负电压U_GS时，如果U_GS电压变化，沟道宽窄会发生变化，I_D电流就会变化。

在工作时，耗尽型NMOS管G、S极之间应加负电压，即U_G＜U_S,U_GS=U_G-U_S为负压；耗尽型PMOS管G、S极之间应加正电压，即U_G＞U_S,U_GS=U_G-U_S为正压。