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mos是多子还是少子,mos为什么是多子器件?-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2024-07-10 

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mos是多子还是少子,mos为什么是多子器件?-KIA MOS管

mos为什么是多子器件

MOS管是单载流子(“多数载流子”)参与导电的器件,是单极型晶体管。

在MOSFET中,当施加适当的电压时,多数载流子(电子或空穴,取决于半导体类型)在半导体表面形成反型层,从而允许电流流动。因此,MOSFET是多子器件。


什么是多子(多数载流子),什么是少子(少数载流子)

对于本征半导体来说,是纯度非常高(99.9999999%,9个9)的单晶半导体,其电子很难从共价键中逃脱出来,以至于在绝对零度条件下完全不能导电。但是在室温环境下,会有少量电子会从共价键中脱离出来形成“自由电子”,而该共价键由于少了一个电子会形成了“空穴”。


所以对于半导体来说,“自由电子”和“空穴”便是载流子。

正是由于载流子的存在,本征半导体才有了“半”导电性,载流子浓度的多少,决定了材料的导电性能。


然而本征半导体对我们来说并没有用:本征半导体 “自由电子”数量非常非常少(硅电子/空穴浓度:101? cm?3,体电阻率约为10?Ω·cm),以至于其导电性能非常之差;我们要让半导体变的有用,首先得提升它的的导电性能:掺入特定杂质,让它成为杂质半导体;有两个方法来提升半导体的导电性能,从导电性能角度来说效果是完全一样的。


1. N型半导体:掺入5价杂质元素(磷、砷)的半导体;5价杂质原子与4价硅原子结合成共价键(8个电子),那必然会多余1个“电子”无共价键束缚,形成“自由电子”,而杂质原子因带正电荷成为正离子;

N性半导体的“自由电子”便是多子,而“空穴”则是少子。


2. P型半导体:参入3价杂质元素(硼、镓)的半导体;3价杂质原子与4价硅原子结合成共价键(需要8个电子),缺了1个价电子,在共价键中留下1个空穴;空穴很容易捕获电子使杂质原子成为负离子;

P型半导体的“空穴”便是多子,而“自由电子”则是少子。

mos,多子器件

MOS管结构原理:

以N-MOS为例,a:P型半导体做衬底;b:上边扩散两个N型区,c:覆盖SiO2绝缘层;在N区上腐蚀两个孔,然后金属化的方法在绝缘层和两个孔内做成三个电极:G(栅极)、D(漏极)、S(源极)。

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工作原理:

一般衬底和源极短接在一起,Vds加正电压,Vgs=0时,PN结反偏,没有电流,Vgs加正电压,P衬底上方感应出负电荷,与P衬底的多子(空穴)极性相反,被称为反型层,并把漏源极N型区连接起来形成导电沟道,当Vgs比较小时,负电荷与空穴中和,仍无法导电,当Vgs超过导通阈值后,感应的负电荷把N型区连接起来形成N沟道,开始导电。Vgs继续增大,沟道扩大电阻降低,从而电流增大。

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在MOSFET中,多数载流子是电子。这种器件的特性主要由多数载流子的浓度决定,而受温度影响较小。MOSFET的结构和工作机制使其成为多子器件的主要原因如下:


结构特点:MOSFET的结构包括金属栅极、氧化物层和半导体衬底。通过栅极电压的控制,可以在衬底中感应出多数载流子,形成导电通道。


工作原理:在MOSFET中,栅极电压控制着半导体衬底中的多数载流子(电子)的移动,从而控制电流的流动。这种电压控制电流的方式使得MOSFET具有高输入阻抗和快速的开关速度。


多数载流子的主导作用:在N型半导体中,电子是多数载流子,而在P型半导体中,空穴是多数载流子。MOSFET通常使用N型或P型半导体作为衬底,但无论是哪种类型,多数载流子在导电过程中起到主要作用。


掺杂浓度的影响:多数载流子的浓度主要由半导体的掺杂浓度决定。在MOSFET的设计中,通过控制掺杂浓度可以优化器件的性能,如导电性、开关速度等。


MOSFET是多子器件,是因为其结构和工作原理决定了多数载流子(电子)在导电过程中起主导作用,这种特性在数字和模拟电路中有着广泛的应用。


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