N型MOS管的工作原理是什么？為什么PMOS的閃爍噪聲低于NMOS

以下內(nèi)容中，小編將對(duì)NMOS的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)NMOS的了解，和小編一起來看看吧。

一、N型MOS管的工作原理

NMOS全稱為N型金屬-氧化物-半導(dǎo)體。 其結(jié)構(gòu)如下：在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底（提供大量可以動(dòng)空穴）上，制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū)(N+區(qū)域中有大量為電流流動(dòng)提供自由電子的電子源)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作漏極D和源極S。 然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個(gè)鋁電極（通常是多晶硅），作為柵極G。 在襯底上也引出一個(gè)電極B，這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管。 MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)管子在出廠前已連接好，也可以不連接，作為模擬開關(guān)使用)。

通過以上結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)，

NMOS管在默認(rèn)狀態(tài)下，由于漏極和源極（N型）之間隔著P型半導(dǎo)體，會(huì)形成由P指向N的2圈PN結(jié)，阻止自由電子的流動(dòng)，我們稱為NMOS管是截止?fàn)顟B(tài)。

在柵極相對(duì)S極（或者B極）增加正向電壓后，此時(shí)N型半導(dǎo)體的源極和漏極的電子，由于電場(chǎng)作用，想流向柵極，但由于氧化膜的阻擋，使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導(dǎo)體中（見圖b），使得P型半導(dǎo)體中產(chǎn)生了一部分N溝道，使源極和漏極之間導(dǎo)通了。 我們也可以想像為兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間為一條溝，柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁，該橋的大小由柵壓的大小決定。

所以以上過程又可以描述為：在G極相對(duì)S極（或B極）增加電壓后，會(huì)使得原本隔離開的兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間形成一段N型溝道，大量的自由電子聚集在N型半導(dǎo)體區(qū)域后，通過在D極和S極增加電壓，就可以使得原本不導(dǎo)通的MOS管導(dǎo)通。 所以我們稱MOS管器件為電壓控制型放大器件。

我們定義MOS管溝道剛剛形成時(shí)的GS極（或者GB）電壓為開啟電壓Vgsth。 Vgs越大，溝道越厚，D極與S極導(dǎo)電能力越強(qiáng)。

為了表征放大特征，常使用GS與電流的關(guān)系式表達(dá)MOS管的放大能力。

其中，Vgsth為MOS管的開啟電壓，IDSS為Vgs=2Vgsth時(shí)，IDS電流值。

如上即為NMOS管的工作原理。

二、為什么PMOS的閃爍噪聲低于NMOS

首先，閃爍噪聲是指當(dāng)MOSFET在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)偏置下運(yùn)行時(shí)由熱噪聲產(chǎn)生的頻譜噪聲。它的特征是隨機(jī)性和高度非線性的頻譜特性，同時(shí)它也是電子模擬和數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的一種主要性能參數(shù)。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，PMOS的閃爍噪聲相對(duì)較低是因?yàn)樗碾娮舆\(yùn)動(dòng)方式與NMOS不同。在NMOS中，電子是被控制柵電壓吸引并向漏電極移動(dòng)，而在PMOS中，空穴是被控制柵電壓反向成為驅(qū)動(dòng)力來吸引向源極移動(dòng)。由于NFET和PFET具有不同的電荷分布，所以他們的噪聲行為也有所不同。

此外，PMOS中的電荷移動(dòng)速度常常較慢，這意味著在其執(zhí)行操作時(shí)其噪聲信號(hào)本身就較小。PMOS的表演雖然緩慢，但仍以其優(yōu)秀的抑噪性能著稱，雖然它沒有NMOS快，但是可以提供優(yōu)異的線性特性，因而可以在一些應(yīng)用如讀出電路中占有重要的位置。這就是為什么PMOS的閃爍噪聲通常低于NMOS的原因。總的來說，正如一項(xiàng)報(bào)告指出的那樣，PMOS錐形緩沖層結(jié)構(gòu)是“在模擬電路中既實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)”的的決定性因素，提示該技術(shù)正在被廣泛用于數(shù)字電路和模擬電路中。盡管PMOS的閃爍噪聲比NMOS低，但在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)特定的應(yīng)用場(chǎng)景選擇NMOS或PMOS來滿足系統(tǒng)要求。對(duì)于越來越多的模擬電路，PMOS成為更優(yōu)的選擇是非常明顯的。

最后，我們可以看到，了解PMOS和NMOS之間存在的噪聲差異是理解集成電路設(shè)計(jì)的重要組成部分，可以為我們適當(dāng)選擇電子元件提供更多信息和指導(dǎo)。

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