MOS学习笔记-模型及工作原理

最近在公司做电动车控制器坏机解析的工作中碰到了一些MOS损坏的机子。在以前的工作中虽然对MOS有一些应用，但是其中的工作原理还没有仔细的学习过，希望能通过学习能对它有更深的理解同时也便于我的解析工作。接下来分享一下我对MOS的一些学习笔记：

• 在实际应用中最常使用的是沟道型MOS，根据导电载流子的带电极性又分为N沟道和P沟道

• 以下是两种MOS的模型

• 举NMOS为例

它的结构是在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏—源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。（MOS管的源极和衬底通常是接在一起且栅极与其它电极间绝缘）

对于这个模型我的见解如下

• 抛开其他外围，就看g、s、d、b，我们希望S和D之间有电流流过，那么就得在DS之间加个电压Vds。可是由于衬底和源区漏区形成的两个背对的PN结，无论Vds极性如何，总有一个是反偏，电流就无法流不过来。
• 此时施加一个由栅极向衬底的电场--Vgs，当这个电压大到一定程度--Vgs(th),就会把b区慢慢往下推，形成导电沟道---N沟道。

假设在Vds恒定，在其作用下电子流动形成电流Ids。Vds越大，场强越强（电场强度=电压/电场宽度），推动电子的能力就越强。同理Vgs越大，推出来的沟道越宽、电场浓度越大。Ids也就越大。当然，这个电流也不会无穷增大，到一定的程度会达到一个饱和状态。

对于这个电流饱和状态，我是这样理解的。假设沟道是如下图中间的区域，左边0电位，右边是Vds，那么在金属极板上由于是一个平面的没有电势差，可是由于Vds>0，左边压差就是Vgs,右端由于Vgs是加在Vds上，这样右边的通道肯定比左边窄，窄的程度取决于Vds。

基于MOS的饱和特性（复杂的物理模型），无论如何都会有电流流过，也就是说沟道不会窄到闭合。在图中慢慢变成一个倒三角，也就是说达到饱和后无论怎么加大Vds，沟道将缩小到一个程度，此时流过的电流恒定。

小结 ：简单来说就是当Vgs >Vgs(th) 时，MOS就会开始导通，如果在D极和S极之间加上一定的电压,就会有电流Id产生。在一定的Vds 下，D极电流Id 的大小是与G极电压Vgs 有关的。

• MOS的特性：

我们来看一下MOS管的输出特性曲线，基本可以分为四个区：截止区、恒流区、线性电阻区、击穿区。（不同的Vgs>Vgs_th且恒定的条件下，Id和Vds所构成的关系曲线），这个曲线或许能比较直观的理解整过程

线性电阻区：V ds很小时，沟道与其值无关，I d 随着V gs的增加而上升，两者基本上是线性关系 。所以在该区MOS管相当就是一个由V gs 控制的可变电阻，当V gs 不同对应的阻值就会不同。(随着Vgs增大，沟道阻抗增加，曲线变缓当达到饱和时，沟道几乎被夹断--图中可看到预夹断的轨迹)

恒流区：即满足V gs ≥V gs(th) ，且V ds ≥V gs -V gs(th) 。此时随着沟道饱和不断左移，漏极附近只剩下耗尽区，MOS管进入饱和状态。电流Id基本不随V ds 变化，其值大小主要决定于电压V gs ，用MOS来做放大电路时就是工作在饱和区。(MOS管输出特性的恒流区（饱和区），相当于三极管的放大区)

击穿区：当Vds持续增大到BVds，PN结承受太大的反向电压而被击穿，漏极就会发生雪崩效应，ID急剧的增大。（工作时应该避免让管子工作在该区域）