N溝MOS電晶體是金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-Semiconductor)的一種，結構的電晶體簡稱MOS電晶體，有P型MOS管和N型MOS管之分。MOS管構成的積體電路稱為MOS積體電路，而PMOS管和NMOS管共同構成的互補型MOS積體電路即為CMOS-IC。
基本介紹
- 中文名：N溝MOS電晶體
- 外文名：Metal-Oxide-Semiconductor
- 簡稱：MOS電晶體
- 分類：工業
基本信息,結構,工作原理,
基本信息
由p型襯底和兩個高濃度n擴散區構成的MOS管叫作n溝道MOS管，該管導通時在兩個高濃度n擴散區間形成n型導電溝道。n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓，且只有柵源電壓大於閾值電壓時才有導電溝道產生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓（柵源電壓為零）時，就有導電溝道產生的n溝道MOS管。
NMOS積體電路是N溝道MOS電路，NMOS積體電路的輸入阻抗很高，基本上不需要吸收電流，因此，CMOS與NMOS積體電路連線時不必考慮電流的負載問題。NMOS積體電路大多採用單組正電源供電，並且以5V為多。CMOS積體電路只要選用與NMOS積體電路相同的電源，就可與NMOS積體電路直接連線。不過，從NMOS到CMOS直接連線時，由於NMOS輸出的高電平低於CMOS積體電路的輸入高電平，因而需要使用一個（電位）上拉電阻R，R的取值一般選用2～100KΩ。
結構
在一塊摻雜濃度較低的P型矽襯底上，製作兩個高摻雜濃度的N+區，並用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極d和源極s。
然後在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化矽(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的(大多數管子在出廠前已連線好)。
它的柵極與其它電極間是絕緣的。
圖(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖(c)所示。
工作原理
vGS對iD及溝道的控制作用
① vGS=0 的情況
從圖1(a)可以看出，增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的PN結。當柵——源電壓vGS=0時，即使加上漏——源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個PN結處於反偏狀態，漏——源極間沒有導電溝道，所以這時漏極電流iD≈0。
② vGS>0 的情況
若vGS>0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產生一個電場。電場方向垂直於半導體表面的由柵極指向襯底的電場。這個電場能排斥空穴而吸引電子。
排斥空穴：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。
導電溝道的形成
當vGS數值較小，吸引電子的能力不強時，漏——源極之間仍無導電溝道出現，如圖1(b)所示。vGS增加時，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當vGS達到某一數值時，這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個N型薄層，且與兩個N+區相連通，在漏——源極間形成N型導電溝道，其導電類型與P襯底相反，故又稱為反型層，如圖1(c)所示。vGS越大，作用於半導體表面的電場就越強，吸引到P襯底表面的電子就越多，導電溝道越厚，溝道電阻越小。
開始形成溝道時的柵——源極電壓稱為開啟電壓，用VT表示。
上面討論的N溝道MOS管在vGS<VT時，不能形成導電溝道，管子處於截止狀態。只有當vGS≥VT時，才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時才能形成導電溝道的MOS管稱為增強型MOS管。溝道形成以後，在漏——源極間加上正向電壓vDS，就有漏極電流產生。
