PART– 0 基礎知識

在講MOS管之前，我們(men) 來回憶一下半導體(ti) 材料。如下圖：

做筆記：

N型半導體(ti) 雜質為(wei) P原子，多子為(wei) 電子

P型半導體(ti) 雜質為(wei) B原子，多子為(wei) 空穴

由於(yu) 雜質半導體(ti) 中有可自由移動的多子，當N型半導體(ti) 跟P型半導體(ti) 相接觸，多子發生擴散運動，自由電子與(yu) 自由空穴複合形成空間電荷區，也就是我們(men) 常說的耗盡層。

再做個(ge) 筆記：耗盡層中沒有自由移動的導電粒子。

PN結的結電容的充電過程，實際上可以近似地看做對耗盡層複合的自由帶電粒子進行補充。

外加電壓：

當PN結外接正偏電壓高於(yu) PN結兩(liang) 端勢壘區的電壓時，耗盡層導電粒子補充完畢，可以跟正常雜質半導體(ti) 一樣具備導電能力，電路導通。

相反的，如果PN結外接反偏電壓，耗盡層擴大，電路截止。

PART-1 MOS管結構

下文開始介紹MOS管，以增強型N-MOSFET為(wei) 例子進行講解。

增強型N-MOSFET，全稱：N溝道增強型絕緣柵場效應管，在講解其結構前，請讀者記住幾個(ge) 關(guan) 鍵詞：

① N溝道

② 絕緣柵

③ 增強型

④ 體(ti) 二極管

如模電書(shu) （童詩白，第四版）中我們(men) 熟悉的結構示意圖所示，N溝道增強型MOSFET的結構可視為(wei) ：

在P型半導體(ti) 襯底上，製作兩(liang) 個(ge) N型半導體(ti) 區域並引兩(liang) 個(ge) 金屬電極，作為(wei) 源極S與(yu) 漏極D；並在P襯底上製作一層SiO2絕緣層，另外引一個(ge) 金屬電極作為(wei) 柵極G。

其結構特征可解釋為(wei) 以下幾點：

①由於(yu) N型半導體(ti) 直接加在P型半導體(ti) 襯底上，兩(liang) 個(ge) N區與(yu) P區之間會(hui) 形成耗盡層。

②由於(yu) 柵極G是加在SiO2絕緣層上，與(yu) P型半導體(ti) 襯底間並不導電，隻有電場作用

③柵極G外加電場後，吸引P型半導體(ti) 中的自由電子，同時填充耗盡層，形成反型層導電溝道，連接兩(liang) 個(ge) N型半導體(ti) 區域，使得增強型N-MOSFET導通。

④ 工藝上製作N-MOSFET時，將源極S與(yu) P型半導體(ti) 襯底直接連接，源極S等同於(yu) P型半導體(ti) 襯底，與(yu) 漏極D的N型半導體(ti) 區之間有一個(ge) PN結，該PN結即為(wei) N-MOSFET的體(ti) 二極管。

⑤如上圖所示，增強型N-MOSFET各電極之間各有一個(ge) 寄生電容，其中源極S與(yu) 漏極D之間的電容Cds為(wei) 其輸出電容，結構上為(wei) 體(ti) 二極管位置PN結的結電容；柵極G與(yu) S極、D極之間的寄生電容Cgd、Cgs之和為(wei) 輸入電容，實質上為(wei) 形成反型層而吸引的電子（至於(yu) 為(wei) 何分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 電容，下文講解MOS管開關(guan) 過程的時候繼續解釋）。

PART-2 MOS管導通過程

MOS管的導通過程，其實就是形成反型層導電溝道的過程。

重新看回這張圖，當柵極G與(yu) 源極S之間加一個(ge) 正偏電壓Vgs時，增強型N-MOSFET的P型半導體(ti) 襯底中的電子受電場作用，會(hui) 被吸引到柵極附近，同時連接兩(liang) 個(ge) N型半導體(ti) 區域，形成反型層導電溝道。

！敲黑板！劃重點！

導電溝道剛剛形成的時候那個(ge) 正偏電壓Vgs，稱為(wei) 開啟電壓Vgs（th）（或稱為(wei) “閾值電壓”）；Vgs大於(yu) Vgs（th）的這一段電壓區間，稱為(wei) 可變電阻區，MOS管漏極D到源極S的導通阻抗隨Vgs增大而降低；當Vgs大於(yu) 2×Vgs（th）之後，基本視為(wei) 導通阻抗Rds-on降為(wei) 最低，s且在溫度一致時保持不變，此時增強型N-MOSFET視為(wei) 完全導通。如下圖

故設置開關(guan) MOS管驅動電壓時，一般設置為(wei) 遠大於(yu) 2×Vgs（th）。

模電書(shu) 中給了這麽(me) 一組圖，闡述了當Vgs大於(yu) 開啟電壓時，Vds的增大對於(yu) 流過MOS管的電流iD的影響。

實際上將圖序反過來，可以近似地模擬MOS管開啟過程反型層的行程過程：

MOS管導電過程可近似理解為(wei) ：

①由於(yu) 電場作用，先形成靠近源極S區域的反型層，使得MOS管漏極D到源極S之間可以導通並流過電流iD。

②iD開始流過的同時，反型層逐漸向漏極D擴大，並最終使得靠近漏極D的反型層與(yu) 靠近源極S的反型層寬度基本一致。

③反型層繼續擴大，Rds-on一直降至完全導通，保持不變。

給Cgd充電的過程，Vgs保持不變，此時Rds-on較大，當流過電流iD一定時，MOS管損耗較大。

當柵極G外接電壓，MOS管導通過程，Vgs保持不變的區間稱為(wei) 米勒區間，由於(yu) 反型層的形成過程而影響的Vgs、Rds-on及MOS管損耗變化過程的現象稱為(wei) 米勒效應。下麵結合波形詳細介紹一下米勒效應。

這是在論壇中一個(ge) 博客截的一個(ge) 圖，已經很形象地體(ti) 現了外加柵極驅動性號時，MOS管相關(guan) 電流電壓的變化情況。

（見底部原文鏈接）

t0-t1：由於(yu) 柵極電壓未到達開啟電壓，MOS管未導通，如下圖

t1-t2： Vgs到達了開啟電壓，MOS管開始導通，反型層不斷拓寬，柵極電壓繼續升高，如下圖：

t2-t3： MOS管位於(yu) 可變電阻區，保持持續導通，反型層往漏極側(ce) 拓寬（大致如下圖紅框中區域），柵極電壓不變，進入米勒平台：

t3-t4：反型層基本拓寬到寬度一致的情況，柵極繼續施加驅動電壓，整個(ge) 反型層一齊拓寬，直至柵極電壓Vgs與(yu) 驅動信號源一致，導通阻抗Rds-on：

用MOS管模型看的話，大致如下側(ce) 四圖，也就解釋了為(wei) 什麽(me) 反型層的輸入電容Ciss要被劃分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 電容Cgs跟Cgd，是因為(wei) 二者的充電順序不一樣：

PART-3MOS管參數

相信各位讀者對MOS管的參數已經耳熟能詳了，這裏就不再詳細說明了，參照上文博客中給出的介紹，這裏僅(jin) 對其中部分參數進行補充說明：

1）、功率MOSFET的絕對最大額定值：

注①：漏源最大電壓VDSS，可視為(wei) 反向施加在體(ti) 二極管兩(liang) 端的電壓值，故隻有一個(ge) 方向。

注②：柵源最大電壓VGSS，即施加在柵極電極與(yu) 源極電極之間的電壓，由於(yu) 柵極與(yu) P型半導體(ti) 襯底中加了SiO2絕緣層，隻要電壓絕對值超過絕緣層耐壓均會(hui) 擊穿，故有兩(liang) 個(ge) 方向“±”。

注③：漏級最大電流ID與(yu) 體(ti) 二極管流過的反向漏級最大電流IDR（或稱為(wei) IS）一般規格書(shu) 中數值一致，均為(wei) 流過N型半導體(ti) 與(yu) P型半導體(ti) 襯底形成的PN結的最大電流。

注④：ID（pulse）需要看施加電流的脈衝(chong) 寬度，脈寬不一致的不能沿用規格書(shu) 數據。

注⑤：雪崩電流IAP同樣需要關(guan) 注脈衝(chong) 寬度。

2）、靜態電特性

注①：Vgs（off）其實就是開啟電壓Vgs（th），隻不過這裏看的角度不一樣。

注②：看完前文的讀者應該知道為(wei) 什麽(me) 這裏兩(liang) 個(ge) Rds（on）大小有差異，不知道的回去前麵重新看。

3）、動態點特性

注①：Ciss = Cgs + Cgd ；Coss = Cds ；Crss = Cgd

注②：MOS管開啟速度最主要關(guan) 注的參數是Qg，也就是形成反型層需要的總電荷量！

注③：接通/斷開延遲時間t d(on/off)、上升/下降時間tr / tf，各位工程時使用的時候請根據實際漏級電路ID，柵極驅動電壓Vg進行判斷。

MOS的介紹基本如上，時間及篇幅關(guan) 係文中不涉及具體(ti) 電路講解。圖源及主要參考書(shu) 籍為(wei) 《模擬電子技術基礎,(童詩白.第4版)》，《電子技術基礎.模擬部分.(康華光.第5版)》，各位工程師工作時多看會(hui) 大學課本有時會(hui) 有不同的收獲。