NMOS

NMOS英文全稱為N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意思為N型金屬-氧化物-半導體，而擁有這種結構的電晶體我們稱之為NMOS電晶體。 MOS電晶體有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構成的積體電路稱為MOS積體電路，由NMOS組成的電路就是NMOS積體電路，由PMOS管組成的電路就是PMOS積體電路，由NMOS和PMOS兩種管子組成的互補MOS電路，即CMOS電路。

基本介紹

• 中文名：NMOS電晶體
• 外文名：N-Metal-Oxide-Semiconductor
• NMOS電晶體：電子元器件
• 簡稱：NMOS

NMOS結構

NMOS（Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金屬氧化物半導體）。

在一塊摻雜濃度較低的P型矽襯底（提供大量可以動空穴）上，製作兩個高摻雜濃度的N+區(N+區域中有大量為電流流動提供自由電子的電子源)，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（通常是多晶矽），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)。

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。

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。

vDS對iD的影響

如圖所示，當vGS>VT且為一確定值時，漏——源電壓vDS對導電溝道及電流iD的影響與結型場效應管相似。

原理示意圖

漏極電流iD沿溝道產生的電壓降使溝道內各點與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這裡溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為VGD=vGS－vDS，因而這裡溝道最薄。但當vDS較小（vDS<vGS–VT）時，它對溝道的影響不大，這時只要vGS一定，溝道電阻幾乎也是一定的，所以iD隨vDS近似呈線性變化。

隨著vDS的增大，靠近漏極的溝道越來越薄，當vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)時，溝道在漏極一端出現預夾斷，如圖2(b)所示。再繼續增大vDS，夾斷點將向源極方向移動，如圖2(c)所示。由於vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區，故iD幾乎不隨vDS增大而增加，管子進入飽和區，iD幾乎僅由vGS決定。

在反向保護電路中的套用

反向保護電路中用到PMOS，不用使用二極體是壓降更小耗散無用功更少。別看有一個寄生正向二極體，但它完全沒有用處。在電路正常通電時，GATE接在遠低於D端的0電位上，此PMOS是完全導通的。反接電源時GATE的電位又遠高於S端，PMOS完全截止。