MOS管知识讲解

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MOS 管是芯片中最基础的器件,强大复杂功能的芯片是由千千万万个 MOS 管按照一定的逻辑结构连接在一起,接下来将会通过几个部分来深入了解 MOS 管。

一、MOS 管的分类

区别于 BJT 三极管(电流控制),MOS 管是一种压控器件,M 表示金属,O 表示氧化物,S 表示半导体,这样的三明治结构就构成了一个 MOS 电容,通过在金属 M 端加电压,可以在半导体 S 端感应出相应的正负电荷。根据沟道类型的不同,MOS 管分为 NMOS 管和 PMOS 管(如何快速区分两者,就是 NMOS 的沟道是 P 型半导体,电子参与导电,PMOS 的沟道是 N 型半导体,空穴参与导电)。NMOS 的电流是从漏端 D 流到源端 S(VD>Vs),PMOS 则是相反的 (VS>VD)。关于 MOS 管具体的工作原理(两条重要的特性曲线)可以参考本号之前发布的两篇文章。从工作原理看,MOS 管利用了半导体中多子参与导电,而由于 NMOS 的多子是电子,PMOS 的多子是空穴,电子的迁移率要大于空穴的,因此为了提高整个芯片的响应速度和工作效率,芯片中多用 NMOS 管。

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NMOS 和 PMOS 的电路符号、剖面图、特性曲线

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      NMOS 和 PMOS 的输出特性曲线各区电流公式

二、MOS 管源漏电极的区分

事实上,MOS 管的源漏电极在工艺制造上是没有差别的,工艺上可以进行互换,对于 NMOS 管来说,接高电平的就定义为漏端,对于 PMOS 管来说,接高电平的就定义为源端。在 MOS 管中,除了栅源漏(GDS)端之外,其实还有第四端衬底端,衬底端通常是要和源端接到一起,这可以避免体效应带来的影响。通常来说,NMOS 管的衬底和源端短接地 GND, PMOS 管的衬底和源端短接接 VDD。如下图所示为一个 P 型衬底的芯片, 由于所有的 NMOS 管都共用一个衬底,因此所有 NMOS 管的源极和衬底电极短接后都为应接 GND,而不可能变为其他电位(如果确实需要,建议采用深阱工艺,将各 NMOS 管隔离开,就像是图中 PMOS 一样,有单独的衬底),这是在进行芯片版图设计的时候需要非常注意的。同时不同 PMOS 的源极电位彼此之间是可以不同。

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Suleto
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