MOS 管作为一种关键的电子元件，广泛应用于各种电子设备和电路中。深入了解 MOS 管的工作原理，对于电子工程师和电子爱好者来说至关重要。本文将详细介绍 MOS 管的工作原理、结构、类别和特性等方面的知识。

一、MOS 管概述

MOS 管又称场效应管，具体指的是集成电路中的绝缘性场效应管。其英文全称为 Metal - Oxide - Semiconductor，即金属 - 氧化物 - 半导体。它的定义是在一定结构的半导体器件上，加上二氧化硅和金属，从而形成栅极。MOS 管的 source（源极）和 drain（漏极）是可以对调的，它们都是在 P 型 backgate（衬底）中形成的 N 型区。在大多数情况下，这两个区是相同的，即使两端对调也不会影响器件的性能，这类器件被认为是对称的。

二、MOS 管的结构

1. N 沟道增强型 MOS 管：在一块掺杂浓度较低的 P 型半导体硅衬底上，利用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的 N + 区，并用金属铝引出两个电极，分别作为漏极 D 和源极 S。然后在漏极和源极之间的 P 型半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅（SiO?）绝缘层膜，在这个绝缘层膜上加上金属和一个铝电极，作为栅极 G。这样就构成了一个 N 沟道（NPN 型）增强型 MOS 管，其栅极和其它电极间是绝缘的。
   

   
   

2. P 沟道增强型 MOS 管：同样采用上述方法，在一块掺杂浓度较低的 N 型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的 P + 区，并进行相同的栅极制作过程，就制成为一个 P 沟道（PNP 型）增强型 MOS 管。
   

   
   

三、MOS 管的工作原理

增强型 MOS 管的漏极 D 和源极 S 之间有两个背靠背的 PN 结。当栅 - 源电压 VGS = 0 时，即使加上漏 - 源电压 VDS，总有一个 PN 结处于反偏状态，漏 - 源极间没有导电沟道（没有电流流过），所以这时漏极电流 ID = 0。
若在栅 - 源极间加上正向电压，即 VGS > 0，则栅极和硅衬底之间的 SiO?绝缘层中便产生一个栅极指向 P 型硅衬底的电场。由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压 VGS 无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容，VGS 等效是对这个电容充电，并形成一个电场。随着 VGS 逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的 N 型导电沟道。当 VGS 大于管子的开启电压 VT（一般约为 2V）时，N 沟道管开始导通，形成漏极电流 ID。我们把开始形成沟道时的栅 - 源极电压称为开启电压，一般用 VT 表示。
总结来说，控制栅极电压 VGS 的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流 ID 大小的目的，这也是 MOS 管用电场来控制电流的一个重要特点，所以也称之为场效应管。

四、MOS 管的类别

按沟道材料型和绝缘栅型各分 N 沟道和 P 沟道两种；按导电方式，MOS 管又分耗尽型与增强型。所以 MOS 场效应晶体管分为 N 沟耗尽型和增强型；P 沟耗尽型和增强型四大类，即 N 沟道消耗型、N 沟道增强型、P 沟道消耗型、P 沟道增强型。

五、MOS 管的特性

1. 输入、输出特性：对于共源极接法的电路，源极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为 0，其输出特性和转移特性曲线具有特定的规律。
   

   
   

2. 导通特性：MOS 管作为开关元件，工作在截止或导通两种状态。由于 MOS 管是电压控制元件，主要由栅源电压 VGS 决定其工作状态。以 NMOS 管为例，VGS 大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到 4V 或 10V 就可以了。PMOS 的特性是 VGS 小于一定的值就会导通，适合用于源极接 VCC 时的情况（高端驱动）。不过，虽然 PMOS 可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大、价格贵、替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用 NMOS。