1.1 基本内容

通过常见的mos管有PMOS管和NMOS管，下面能够看看常见的PMOS管和NMOS管的内部说明图。其中PMOS管的衬底为N型衬底，源极和漏极都是填充的P型，栅极采用二氧化硅进行隔绝。同样的NMOS管的衬底为P型衬底，源极和漏极都是填充的N型，栅极使用的二氧化硅进行隔绝。具体如下图。

上面的图必须对NMOS和PMOS管的图有个印象，以及旁边的示意图画法。

1.2 工作原理

接下来以NMOS管为例，讲解NMOS管的工作原理。

一块低掺杂的P型硅片，之后利用扩散工艺在源极和漏极上制作了高掺杂的N+型区域。半导体上添加一层二氧化硅和单晶硅以实现栅极的绝缘效果。就是起初讲解一下结构说明，NMOS管的衬底

  1. 当VGS不施加电压时，漏极和源极之间是NPN的形式，不管VDS极性如何，必然存在一个PN结反偏，于是一定不存在导电沟道。结论：当VGS等于0时，源极和漏极之间电流为0

  2. 随着VGS的电压逐渐增大，由于绝缘体的存在，栅极电流为0，但栅极下端会逐渐聚集自由电子，所以在栅极下端会形成一个充满电子的区域，当VGS达到某一个数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，这样就在漏极和源极之间构建起了一个N型导电沟道，其导电类型与P型衬底相反，所有又称反型层。结论：栅极和源极之间的电压差可以在源极和漏极之间形成一个导电沟道，导电沟道形成时的栅源电压成开启（导通）电压，记Vth。

  3. 当VGS>Vth时，且VDS较小时，沟道的厚度定性地表明了相对电荷密度，这是的相对电荷密度在沟道长度方向上是一个常数，结论：导通电流随着VDS的增大线性增长。

  4. 当VGS>Vth且VDS增大时，由于漏电压增大，漏端附近的氧化层压降减小，这意味着漏端附近的反型层电荷密度也将减小。漏端的沟道电导减小，从而Id-Vds特性曲线的斜率减小。结论：随着VDS增大，电流增长由线性变为非线性。

  5. 当VGS>Vth且VDS增大到漏端的氧化层压降等于Vth时，漏极处的反型层电荷密度为零，此时漏极处的电导为零，这意味着Id-Vds的特性曲线的斜率为零, 称为预夹断。结论：随着VDS电压增加到一定值，出现预夹断，电流进入稳定状态。
  6. 当VGS>Vth且Vds>VDS(sat)时，沟道中反型电荷为零的点移向源端。假如Vds继续增大，夹断区随之延长，如图所示，而且Vds的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力，漏电流Id为一常数，这种情形在Id-Vds对应于饱和区(恒流区)。结论：NMOS管进入饱和区，随着VDS电压增大，电流ID保持稳定。

1.3 参考内容

一文搞懂了，N/PMOS结构及其工作原理和测试连接 - 知乎