MOS/CMOS集成电路简介及N沟道MOS管和P沟道MOS管

主题：MOS/CMOS集成电路简介及 N沟道 MOS管和 P沟道 MOS管

　　由于NMOS的导通电阻小，而且易于制造。根据MOS管原理图可MOS管中导通性NMOS的特性，Vgs大于某一值将被导通，适用于源极接地情况(低4V或10V)。其特点是Vgs小于一定值时会导通，适用于源极与VCC连接时，PMOS可方便地作为高端驱动，但由于导通电NMOS。

　　开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个MOS管MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端电压有MOS管损耗，是导通瞬间电压和电流的乘积，损耗很大。缩短开关时间，可以管驱动跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的/设计MOS管驱动时第二注意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的MOS管。

　　集成电路的特点是产量高、功耗低、逻辑电路相对简单。集成度高。集成电路包括由管道组成的NMOS电路、由PMOS管道组成的PMOS电路和由NMOS管和PMOS管道组成的MOS电路，即CMOS电路。

　　门电路与NMOS电路的原理完全相同，只是电源极性相反而已。MOS集成电路所使用的MOS管均为增强型管子，负载常用MOS管作为这样不仅节省了硅片面积，而且简化了工艺利于大规模集成。常用的1所示。

　　-氧化物-半导体(Metal-Oxide-SemIConductor)结构的晶体管简称MOS晶体，有P型MOS管和N型MOS管之分。MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS集成电路。

　　p型衬底和两个高浓度n扩散区构成的MOS管叫作n沟道MOS管，该管导通时n扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型MOS管必须在栅极上且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOSn沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压（栅源电压为零）时，就有导电沟道产n沟道MOS管。

　　集成电路是N沟道MOS电路，NMOS集成电路的输入阻抗很高，基本上不需因此，CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。NMOS5V为多。CMOS集成电路只要选用与集成电路相同的电源，就可与NMOS集成电路直接连接。不过，从NMOS到直接连接时，由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平，R，R的取值一般选用2——100KΩ。

　　沟道增强型MOS管的结构P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属d和源极s。(SiO2)绝缘层，在漏——源极间的绝,作为栅极g。B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。MOS管的源(大多数管子在出厂前已连接好)。

　　(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由衬底)指向N(沟道)。P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图(c)所沟道增强型MOS管的工作原理1）vGS对iD及沟道的控制作用1(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。vGS=0时，即使加上漏——源电压vDS，而且不论vDS的极性如PN结处于反偏状态，漏——源极间没有导电沟道，所以这时漏极iD≈0。vGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负)，形成耗尽层。吸引电子：将P型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表2）导电沟道的形成：vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏——源极之间仍无导电沟道出现，1(b)所示。vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个区相连通，在漏——源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故1(c)所示。随着VGS的增大，作用在半导体表面的电场越强，吸收的基片表面电子越多，沟道越厚，沟道电阻越小。

　　VT表示。N沟道MOS管在vGS＜VT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。vGS≥VT时，才有沟道形成。这种必须在vGS≥VT时才能形成导电沟道的管称为增强型MOS管。

沟道形成以后，在漏——源极间加上正向电压vDS，对iD的影响 (a)所示，当vGS>VT且为一确定值时，漏——源电压vDS对导电沟道及电流的影响与结型场效应管相似。iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近VGD=vGS——，因而这里沟道最薄。但当vDS较（vDS沟道增强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数

　　1） 特性曲线和电流方程 ）输出特性曲线 沟道增强型MOS管的输出特性曲线如图1(a)所示。与结型场效应管一样,其输）转移特性曲线 1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区恒流区),此时iD几乎不随vDS而变化,即不同的vDS所对应的转移特性曲线几,所以可用vDS大于某一数值(vDS＞vGS-VT)后的一条转移特性曲线.）iD与vGS的近似关系 ,iD与vGS的近似关系式为 IDO是vGS=2VT时的漏极电流iD。

　　2）参数

　　管的主要参数与结型场效应管基本相同，只是增强型MOS管中不用夹断电压，而用开启电压VT表征管子的特性。

　　1）结构：

　　沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管基本相似。

　　2）区别：

　　MOS管在vGS=0时，漏——源极间已有导电沟道产生，而增强型MOS管要vGS≥VT时才出现导电沟道。

　　3）原因：

N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使vGS=0在这些正离子产生的电场作用下，漏——源极间的P型衬底表面也能感应生N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压vDS，就有电流iD。

　　vGS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道iD增大。反之vGS为负时，沟道中感应的电子减少，沟iD减小。当vGS负向增加到某一数值时，导电沟道消iD趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅——源电压称为夹断VP表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断VP也为负值，但是，前者只能在vGS<0的情况下工作。而后者在vGS=0，VP

　　图(b)、分别是N沟道和P沟道耗尽型MOS管的代表符号。

　　4）电流方程：

　　MOS管的电流方程与结型场效应管的电流方程相同，即：沟MOS晶体管 (MOS)晶体管可分为N沟道与P沟道两大类， P沟道硅场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区，分别叫做源极和漏极，两极之间(源极接地)时，柵极下的N型硅表面呈现PMOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。

　　N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体PMOS晶体管。

　　沟道MOS晶体管的空穴迁移率低,因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源,与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆NMOS电路(见沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后，多数已为NMOS电路所取代,因PMOS电路工艺简单,价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采PMOS电路技术。

　　集成电路是一种适合在低速、低频领域内应用的器件。PMOS集成电路采用电压供电。如图5所示的CMOS-PMOS接口电路采用两种电源供电。采用直一般CMOS的电源电压选择在10——12V就能满足PMOS对输入电平的场效应晶体管具有很高的输入阻抗，在电路中便于直接耦合，容易制成规模。

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