i.MX-6ULL [ElfBoard] MOS管详解

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1. 二极管--PN结

PN结二极管是半导体的分析的最小单位。P型半导体通过掺杂，会带有大量的空穴，可以填充电子。N型半导体，则带有更多的活跃电子。

我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。当在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。

同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。

2. MOSFET工作原理

MOS 场效应管也被称为MOS FET， 既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。这里我们以增强型MOS为例分析。

场效应管是由源极，漏极，栅极组成，由于衬底的掺杂不同可分为N沟道和P沟道场效应管。（沟道：顾名思义就是在衬底上挖两个可填充沟道，填充N型或者P型半导体）

我们将漏极接到电源正极，源极接到电源负极。

对于场效应管，在栅极没有电压时，源极和漏极之间相当于两个背靠背的二极管，不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态。

如上面右图所示，当在栅极加上电压时，当电压小于一个阈值VGS(th)时，栅极和衬底P之间会由于电场的作用，将P型半导体中的空穴推开，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中。

随着栅极电压的增大，栅极附近的电子浓度会增加。当超过一个阈值VGS(th)时，在源极和漏极之间的N型半导体会形成一个电子沟道。同时此时由于漏极加有正电压，就可以形成漏极到源极的电流，MOS管导通。

我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。这也是为什么说MOS管是电压控制性晶体管的原因。

我们可以将MOS管想象成一个阀门，栅极就像开关可以控制水流是否可以通过。

3.CMOSFET工作原理

C-MOS场效应管（增强型MOS场效应管），电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用。

当输入端为低电平时，P沟道MOS场效应管导通，输出端与电源正极接通。

当输入端为高电平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通。

在电路里面将输出端通过电压的高点判断为1和0，就实现了通过一个逻辑控制。然后将所有的逻辑通过不同的逻辑规则组合就可以实现不同的逻辑功能。

在芯片设计中，最终生产的最小单位就是MOS管，通过将MOS管组合封装之后就是我们想要的芯片。