MOS學習筆記-模型及工作原理

最近在公司做電動車控制器壞機解析的工作中碰到了一些MOS損壞的機子。在以前的工作中雖然對MOS有一些應用，但是其中的工作原理還沒有仔細的學習過，希望能通過學習能對它有更深的理解同時也便于我的解析工作。接下來分享一下我對MOS的一些學習筆記：

• 在實際應用中最常使用的是溝道型MOS，根據導電載流子的帶電極性又分為N溝道和P溝道

• 以下是兩種MOS的模型

• 舉NMOS為例

它的結構是在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，制作兩個高摻雜濃度的N+區，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極d和源極s。然后在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏—源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極,作為柵極g。在襯底上也引出一個電極B，這就構成了一個N溝道增強型MOS管。（MOS管的源極和襯底通常是接在一起且柵極與其它電極間絕緣）

對于這個模型我的見解如下

• 拋開其他外圍，就看g、s、d、b，我們希望S和D之間有電流流過，那么就得在DS之間加個電壓Vds?？墒怯捎谝r底和源區漏區形成的兩個背對的PN結，無論Vds極性如何，總有一個是反偏，電流就無法流不過來。
• 此時施加一個由柵極向襯底的電場--Vgs，當這個電壓大到一定程度--Vgs(th),就會把b區慢慢往下推，形成導電溝道---N溝道。

假設在Vds恒定，在其作用下電子流動形成電流Ids。Vds越大，場強越強（電場強度=電壓/電場寬度），推動電子的能力就越強。同理Vgs越大，推出來的溝道越寬、電場濃度越大。Ids也就越大。當然，這個電流也不會無窮增大，到一定的程度會達到一個飽和狀態。

對于這個電流飽和狀態，我是這樣理解的。假設溝道是如下圖中間的區域，左邊0電位，右邊是Vds，那么在金屬極板上由于是一個平面的沒有電勢差，可是由于Vds>0，左邊壓差就是Vgs,右端由于Vgs是加在Vds上，這樣右邊的通道肯定比左邊窄，窄的程度取決于Vds。

基于MOS的飽和特性（復雜的物理模型），無論如何都會有電流流過，也就是說溝道不會窄到閉合。在圖中慢慢變成一個倒三角，也就是說達到飽和后無論怎么加大Vds，溝道將縮小到一個程度，此時流過的電流恒定。

小結 ：簡單來說就是當Vgs >Vgs(th) 時，MOS就會開始導通，如果在D極和S極之間加上一定的電壓,就會有電流Id產生。在一定的Vds 下，D極電流Id 的大小是與G極電壓Vgs 有關的。

• MOS的特性：

我們來看一下MOS管的輸出特性曲線，基本可以分為四個區：截止區、恒流區、線性電阻區、擊穿區。（不同的Vgs>Vgs_th且恒定的條件下，Id和Vds所構成的關系曲線），這個曲線或許能比較直觀的理解整過程

線性電阻區：V ds很小時，溝道與其值無關，I d 隨著V gs的增加而上升，兩者基本上是線性關系 。所以在該區MOS管相當就是一個由V gs 控制的可變電阻，當V gs 不同對應的阻值就會不同。(隨著Vgs增大，溝道阻抗增加，曲線變緩當達到飽和時，溝道幾乎被夾斷--圖中可看到預夾斷的軌跡)

恒流區：即滿足V gs ≥V gs(th) ，且V ds ≥V gs -V gs(th) 。此時隨著溝道飽和不斷左移，漏極附近只剩下耗盡區，MOS管進入飽和狀態。電流Id基本不隨V ds 變化，其值大小主要決定于電壓V gs ，用MOS來做放大電路時就是工作在飽和區。(MOS管輸出特性的恒流區（飽和區），相當于三極管的放大區)

擊穿區：當Vds持續增大到BVds，PN結承受太大的反向電壓而被擊穿，漏極就會發生雪崩效應，ID急劇的增大。（工作時應該避免讓管子工作在該區域）