MOS管简介:PART–0基础知识
part– 0基础知识
在讲mos管之前，我们来回忆一下半导体材料。如下图：
做笔记：
n型半导体杂质为p原子，多子为电子
p型半导体杂质为b原子，多子为空穴
由于杂质半导体中有可自由移动的多子，当n型半导体跟p型半导体相接触，多子发生扩散运动，自由电子与自由空穴复合形成空间电荷区，也就是我们常说的耗尽层。
再做个笔记：耗尽层中没有自由移动的导电粒子。
pn结的结电容的充电过程，实际上可以近似地看做对耗尽层复合的自由带电粒子进行补充。
外加电压：
当pn结外接正偏电压高于pn结两端势垒区的电压时，耗尽层导电粒子补充完毕，可以跟正常杂质半导体一样具备导电能力，电路导通。
相反的，如果pn结外接反偏电压，耗尽层扩大，电路截止。
part-1 mos管结构
下文开始介绍mos管，以增强型n-mosfet为例子进行讲解。
增强型n-mosfet，全称：n沟道增强型绝缘栅场效应管，在讲解其结构前，请读者记住几个关键词：
①n沟道
②绝缘栅
③ 增强型
④ 体二极管
如模电书（童诗白，第四版）中我们熟悉的结构示意图所示，n沟道增强型mosfet的结构可视为：
在p型半导体衬底上，制作两个n型半导体区域并引两个金属电极，作为源极s与漏极d；并在p衬底上制作一层sio2绝缘层，另外引一个金属电极作为栅极g。
其结构特征可解释为以下几点：
①由于n型半导体直接加在p型半导体衬底上，两个n区与p区之间会形成耗尽层。
②由于栅极g是加在sio2绝缘层上，与p型半导体衬底间并不导电，只有电场作用
③栅极g外加电场后，吸引p型半导体中的自由电子，同时填充耗尽层，形成反型层导电沟道，连接两个n型半导体区域，使得增强型n-mosfet导通。
④工艺上制作n-mosfet时，将源极s与p型半导体衬底直接连接，源极s等同于p型半导体衬底，与漏极d的n型半导体区之间有一个pn结，该pn结即为n-mosfet的体二极管。
⑤如上图所示，增强型n-mosfet各电极之间各有一个寄生电容，其中源极s与漏极d之间的电容cds为其输出电容，结构上为体二极管位置pn结的结电容；栅极g与s极、d极之间的寄生电容cgd、cgs之和为输入电容，实质上为形成反型层而吸引的电子（至于为何分为两个电容，下文讲解mos管开关过程的时候继续解释）。
part-2 mos管导通过程
mos管的导通过程，其实就是形成反型层导电沟道的过程。
重新看回这张图，当栅极g与源极s之间加一个正偏电压vgs时，增强型n-mosfet的p型半导体衬底中的电子受电场作用，会被吸引到栅极附近，同时连接两个n型半导体区域，形成反型层导电沟道。
！敲黑板！划重点！
导电沟道刚刚形成的时候那个正偏电压vgs，称为开启电压vgs（th）（或称为“阈值电压”）；vgs大于vgs（th）的这一段电压区间，称为可变电阻区，mos管漏极d到源极s的导通阻抗随vgs增大而降低；当vgs大于2×vgs（th）之后，基本视为导通阻抗rds-on降为最低，s且在温度一致时保持不变，此时增强型n-mosfet视为完全导通。如下图
故设置开关mos管驱动电压时，一般设置为远大于2×vgs（th）。
模电书中给了这么一组图，阐述了当vgs大于开启电压时，vds的增大对于流过mos管的电流id的影响。
实际上将图序反过来，可以近似地模拟mos管开启过程反型层的行程过程：
mos管导电过程可近似理解为：
①由于电场作用，先形成靠近源极s区域的反型层，使得mos管漏极d到源极s之间可以导通并流过电流id。
②id开始流过的同时，反型层逐渐向漏极d扩大，并最终使得靠近漏极d的反型层与靠近源极s的反型层宽度基本一致。
③反型层继续扩大，rds-on一直降至完全导通，保持不变。
给cgd充电的过程，vgs保持不变，此时rds-on较大，当流过电流id一定时，mos管损耗较大。
当栅极g外接电压，mos管导通过程，vgs保持不变的区间称为米勒区间，由于反型层的形成过程而影响的vgs、rds-on及mos管损耗变化过程的现象称为米勒效应。下面结合波形详细介绍一下米勒效应。
这是在论坛中一个博客截的一个图，已经很形象地体现了外加栅极驱动性号时，mos管相关电流电压的变化情况。
（见底部原文链接）
t0-t1：由于栅极电压未到达开启电压，mos管未导通，如下图
t1-t2：vgs到达了开启电压，mos管开始导通，反型层不断拓宽，栅极电压继续升高，如下图：
t2-t3：mos管位于可变电阻区，保持持续导通，反型层往漏极侧拓宽（大致如下图红框中区域），栅极电压不变，进入米勒平台：
t3-t4：反型层基本拓宽到宽度一致的情况，栅极继续施加驱动电压，整个反型层一齐拓宽，直至栅极电压vgs与驱动信号源一致，导通阻抗rds-on：
用mos管模型看的话，大致如下侧四图，也就解释了为什么反型层的输入电容ciss要被划分为两个电容cgs跟cgd，是因为二者的充电顺序不一样：
part-3mos管参数
相信各位读者对mos管的参数已经耳熟能详了，这里就不再详细说明了，参照上文博客中给出的介绍，这里仅对其中部分参数进行补充说明：
1）、功率mosfet的绝对最大额定值：
注①：漏源最大电压vdss，可视为反向施加在体二极管两端的电压值，故只有一个方向。
注②：栅源最大电压vgss，即施加在栅极电极与源极电极之间的电压，由于栅极与p型半导体衬底中加了sio2绝缘层，只要电压绝对值超过绝缘层耐压均会击穿，故有两个方向“±”。
注③：漏级最大电流id与体二极管流过的反向漏级最大电流idr（或称为is）一般规格书中数值一致，均为流过n型半导体与p型半导体衬底形成的pn结的最大电流。
注④：id（pulse）需要看施加电流的脉冲宽度，脉宽不一致的不能沿用规格书数据。
注⑤：雪崩电流iap同样需要关注脉冲宽度。
2）、静态电特性
注①：vgs（off）其实就是开启电压vgs（th），只不过这里看的角度不一样。
注②：看完前文的读者应该知道为什么这里两个rds（on）大小有差异，不知道的回去前面重新看。
3）、动态点特性
注①：ciss = cgs + cgd；coss = cds；crss = cgd
注②：mos管开启速度最主要关注的参数是qg，也就是形成反型层需要的总电荷量！
注③：接通/断开延迟时间t d(on/off)、上升/下降时间tr / tf，各位工程时使用的时候请根据实际漏级电路id，栅极驱动电压vg进行判断。
mos的介绍基本如上，时间及篇幅关系文中不涉及具体电路讲解。图源及主要参考书籍为《模拟电子技术基础,(童诗白.第4版)》，《电子技术基础.模拟部分.(康华光.第5版)》，各位工程师工作时多看会大学课本有时会有不同的收获。
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浅谈人工智能三要素，关键是数据优势
怎么才能写出高覆盖率的Verilog代码？
在讲mos管之前，我们来回忆一下半导体材料。如下图：
做笔记：
n型半导体杂质为p原子，多子为电子
p型半导体杂质为b原子，多子为空穴
由于杂质半导体中有可自由移动的多子，当n型半导体跟p型半导体相接触，多子发生扩散运动，自由电子与自由空穴复合形成空间电荷区，也就是我们常说的耗尽层。
再做个笔记：耗尽层中没有自由移动的导电粒子。
pn结的结电容的充电过程，实际上可以近似地看做对耗尽层复合的自由带电粒子进行补充。
外加电压：
当pn结外接正偏电压高于pn结两端势垒区的电压时，耗尽层导电粒子补充完毕，可以跟正常杂质半导体一样具备导电能力，电路导通。
相反的，如果pn结外接反偏电压，耗尽层扩大，电路截止。
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下文开始介绍mos管，以增强型n-mosfet为例子进行讲解。
增强型n-mosfet，全称：n沟道增强型绝缘栅场效应管，在讲解其结构前，请读者记住几个关键词：
①n沟道
②绝缘栅
③ 增强型
④ 体二极管
如模电书（童诗白，第四版）中我们熟悉的结构示意图所示，n沟道增强型mosfet的结构可视为：
在p型半导体衬底上，制作两个n型半导体区域并引两个金属电极，作为源极s与漏极d；并在p衬底上制作一层sio2绝缘层，另外引一个金属电极作为栅极g。
其结构特征可解释为以下几点：
①由于n型半导体直接加在p型半导体衬底上，两个n区与p区之间会形成耗尽层。
②由于栅极g是加在sio2绝缘层上，与p型半导体衬底间并不导电，只有电场作用
③栅极g外加电场后，吸引p型半导体中的自由电子，同时填充耗尽层，形成反型层导电沟道，连接两个n型半导体区域，使得增强型n-mosfet导通。
④工艺上制作n-mosfet时，将源极s与p型半导体衬底直接连接，源极s等同于p型半导体衬底，与漏极d的n型半导体区之间有一个pn结，该pn结即为n-mosfet的体二极管。
⑤如上图所示，增强型n-mosfet各电极之间各有一个寄生电容，其中源极s与漏极d之间的电容cds为其输出电容，结构上为体二极管位置pn结的结电容；栅极g与s极、d极之间的寄生电容cgd、cgs之和为输入电容，实质上为形成反型层而吸引的电子（至于为何分为两个电容，下文讲解mos管开关过程的时候继续解释）。
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t1-t2：vgs到达了开启电压，mos管开始导通，反型层不断拓宽，栅极电压继续升高，如下图：
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t3-t4：反型层基本拓宽到宽度一致的情况，栅极继续施加驱动电压，整个反型层一齐拓宽，直至栅极电压vgs与驱动信号源一致，导通阻抗rds-on：
用mos管模型看的话，大致如下侧四图，也就解释了为什么反型层的输入电容ciss要被划分为两个电容cgs跟cgd，是因为二者的充电顺序不一样：
part-3mos管参数
相信各位读者对mos管的参数已经耳熟能详了，这里就不再详细说明了，参照上文博客中给出的介绍，这里仅对其中部分参数进行补充说明：
1）、功率mosfet的绝对最大额定值：
注①：漏源最大电压vdss，可视为反向施加在体二极管两端的电压值，故只有一个方向。
注②：栅源最大电压vgss，即施加在栅极电极与源极电极之间的电压，由于栅极与p型半导体衬底中加了sio2绝缘层，只要电压绝对值超过绝缘层耐压均会击穿，故有两个方向“±”。
注③：漏级最大电流id与体二极管流过的反向漏级最大电流idr（或称为is）一般规格书中数值一致，均为流过n型半导体与p型半导体衬底形成的pn结的最大电流。
注④：id（pulse）需要看施加电流的脉冲宽度，脉宽不一致的不能沿用规格书数据。
注⑤：雪崩电流iap同样需要关注脉冲宽度。
2）、静态电特性
注①：vgs（off）其实就是开启电压vgs（th），只不过这里看的角度不一样。
注②：看完前文的读者应该知道为什么这里两个rds（on）大小有差异，不知道的回去前面重新看。
3）、动态点特性
注①：ciss = cgs + cgd；coss = cds；crss = cgd
注②：mos管开启速度最主要关注的参数是qg，也就是形成反型层需要的总电荷量！
注③：接通/断开延迟时间t d(on/off)、上升/下降时间tr / tf，各位工程时使用的时候请根据实际漏级电路id，栅极驱动电压vg进行判断。
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