mos是多子還是少子,mos為什么是多子器件？-KIA MOS管

mos為什么是多子器件

MOS管是單載流子（“多數(shù)載流子”）參與導(dǎo)電的器件，是單極型晶體管。

在MOSFET中，當(dāng)施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r，多數(shù)載流子（電子或空穴，取決于半導(dǎo)體類型）在半導(dǎo)體表面形成反型層，從而允許電流流動。因此，MOSFET是多子器件。

什么是多子（多數(shù)載流子），什么是少子（少數(shù)載流子）

對于本征半導(dǎo)體來說，是純度非常高（99.9999999%，9個9）的單晶半導(dǎo)體，其電子很難從共價鍵中逃脫出來，以至于在絕對零度條件下完全不能導(dǎo)電。但是在室溫環(huán)境下，會有少量電子會從共價鍵中脫離出來形成“自由電子”，而該共價鍵由于少了一個電子會形成了“空穴”。

所以對于半導(dǎo)體來說，“自由電子”和“空穴”便是載流子。

正是由于載流子的存在，本征半導(dǎo)體才有了“半”導(dǎo)電性，載流子濃度的多少，決定了材料的導(dǎo)電性能。

然而本征半導(dǎo)體對我們來說并沒有用：本征半導(dǎo)體 “自由電子”數(shù)量非常非常少（硅電子/空穴濃度：101? cm?3，體電阻率約為10?Ω·cm），以至于其導(dǎo)電性能非常之差；我們要讓半導(dǎo)體變的有用，首先得提升它的的導(dǎo)電性能：摻入特定雜質(zhì)，讓它成為雜質(zhì)半導(dǎo)體；有兩個方法來提升半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，從導(dǎo)電性能角度來說效果是完全一樣的。

1. N型半導(dǎo)體：摻入5價雜質(zhì)元素（磷、砷）的半導(dǎo)體；5價雜質(zhì)原子與4價硅原子結(jié)合成共價鍵（8個電子），那必然會多余1個“電子”無共價鍵束縛，形成“自由電子”，而雜質(zhì)原子因帶正電荷成為正離子；

N性半導(dǎo)體的“自由電子”便是多子，而“空穴”則是少子。

2. P型半導(dǎo)體：參入3價雜質(zhì)元素（硼、鎵）的半導(dǎo)體；3價雜質(zhì)原子與4價硅原子結(jié)合成共價鍵（需要8個電子），缺了1個價電子，在共價鍵中留下1個空穴；空穴很容易捕獲電子使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子；

P型半導(dǎo)體的“空穴”便是多子，而“自由電子”則是少子。

MOS管結(jié)構(gòu)原理：

以N-MOS為例，a：P型半導(dǎo)體做襯底;b：上邊擴(kuò)散兩個N型區(qū)，c：覆蓋SiO2絕緣層;在N區(qū)上腐蝕兩個孔，然后金屬化的方法在絕緣層和兩個孔內(nèi)做成三個電極：G(柵極)、D(漏極)、S(源極)。

工作原理：

一般襯底和源極短接在一起，Vds加正電壓，Vgs=0時，PN結(jié)反偏，沒有電流，Vgs加正電壓，P襯底上方感應(yīng)出負(fù)電荷，與P襯底的多子(空穴)極性相反，被稱為反型層，并把漏源極N型區(qū)連接起來形成導(dǎo)電溝道，當(dāng)Vgs比較小時，負(fù)電荷與空穴中和，仍無法導(dǎo)電，當(dāng)Vgs超過導(dǎo)通閾值后，感應(yīng)的負(fù)電荷把N型區(qū)連接起來形成N溝道，開始導(dǎo)電。Vgs繼續(xù)增大，溝道擴(kuò)大電阻降低，從而電流增大。

在MOSFET中，多數(shù)載流子是電子。這種器件的特性主要由多數(shù)載流子的濃度決定，而受溫度影響較小。MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制使其成為多子器件的主要原因如下：

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：MOSFET的結(jié)構(gòu)包括金屬柵極、氧化物層和半導(dǎo)體襯底。通過柵極電壓的控制，可以在襯底中感應(yīng)出多數(shù)載流子，形成導(dǎo)電通道。

工作原理：在MOSFET中，柵極電壓控制著半導(dǎo)體襯底中的多數(shù)載流子（電子）的移動，從而控制電流的流動。這種電壓控制電流的方式使得MOSFET具有高輸入阻抗和快速的開關(guān)速度。

多數(shù)載流子的主導(dǎo)作用：在N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，而在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子。MOSFET通常使用N型或P型半導(dǎo)體作為襯底，但無論是哪種類型，多數(shù)載流子在導(dǎo)電過程中起到主要作用。

摻雜濃度的影響：多數(shù)載流子的濃度主要由半導(dǎo)體的摻雜濃度決定。在MOSFET的設(shè)計中，通過控制摻雜濃度可以優(yōu)化器件的性能，如導(dǎo)電性、開關(guān)速度等。

MOSFET是多子器件，是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)和工作原理決定了多數(shù)載流子（電子）在導(dǎo)電過程中起主導(dǎo)作用，這種特性在數(shù)字和模擬電路中有著廣泛的應(yīng)用。

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