PMOS是什么-PMOS工作原理、化學(xué)物品介紹及與NMOS的區(qū)別詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-08-28
PMOS是指n型襯底、p溝道，靠空穴的流動(dòng)運(yùn)送電流的MOS管。
PMOS晶體管的空穴遷移率低，因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對(duì)值一般偏高，要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性，與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路（見(jiàn)N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路）出現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
PMOS的工作原理與NMOS相類(lèi)似。因?yàn)镻MOS是N型硅襯底，其中的多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子，源漏區(qū)的摻雜類(lèi)型是P型，所以，PMOS的工作條件是在柵上相對(duì)于源極施加負(fù)電壓，亦即在PMOS的柵上施加的是負(fù)電荷電子，而在襯底感應(yīng)的是可運(yùn)動(dòng)的正電荷空穴和帶固定正電荷的耗盡層，不考慮二氧化硅中存在的電荷的影響，襯底中感應(yīng)的正電荷數(shù)量就等于PMOS柵上的負(fù)電荷的數(shù)量。當(dāng)達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)，在相對(duì)于源端為負(fù)的漏源電壓的作用下，源端的正電荷空穴經(jīng)過(guò)導(dǎo)通的P型溝道到達(dá)漏端，形成從源到漏的源漏電流。同樣地，VGS越負(fù)(絕對(duì)值越大)，溝道的導(dǎo)通電阻越小，電流的數(shù)值越大。
與NMOS一樣，導(dǎo)通的PMOS的工作區(qū)域也分為非飽和區(qū)，臨界飽和點(diǎn)和飽和區(qū)。當(dāng)然，不論NMOS還是PMOS，當(dāng)未形成反型溝道時(shí)，都處于截止區(qū)，其電壓條件是
VGS<VTN (NMOS)，
VGS>VTP (PMOS)，
值得注意的是，PMOS的VGS和VTP都是負(fù)值。
PMOS集成電路是一種適合在低速、低頻領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的器件。PMOS集成電路采用-24V電壓供電。CMOS-PMOS接口電路采用兩種電源供電。采用直接接口方式，一般CMOS的電源電壓選擇在10～12V就能滿(mǎn)足PMOS對(duì)輸入電平的要求。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有很高的輸入阻抗，在電路中便于直接耦合，容易制成規(guī)模大的集成電路。
PMOs即periodic mesoporous organosilicas，介孔硅基有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料。它是一種分子水平上有機(jī)組分與無(wú)機(jī)組分在孔壁中雜化的材料，這類(lèi)材料有著許多獨(dú)特的性質(zhì)：有機(jī)官能團(tuán)均勻分布在孔壁中且不堵塞孔道，有利于客體分子的引入和擴(kuò)散；骨架中的有機(jī)官能團(tuán)可以在一定程度L調(diào)節(jié)材料的物化性質(zhì)，如機(jī)械性能，親/疏水性；可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)孔道和孔壁功能性的調(diào)變．正因如此，PMOs已成為當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
上世紀(jì)90年代初以M41S(Mobile composite of matter)及FSM(folded sheets mesoporous materi-al)為代表的有序介孔氧化硅材料的報(bào)道掀起了介孔材料的合成和應(yīng)用研究的熱潮。一方面，有序介孔材料的出現(xiàn)突破了微孔材料(如沸石)的孔徑限制，可以在有機(jī)大分子、生物大分子的固載、催化轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域中得到應(yīng)用；另一方面，介孔材料中不同取向、不同尺寸及不同連通度的孔道作為理想的納米反應(yīng)器，可以用來(lái)組裝和限域金屬配合物及生物大分子，定向合成納米粒子等．最初的介孔材料的孔壁組成為氧化硅，為了拓展其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，研究者們致力于擴(kuò)展其孔壁組成的研究，包括雜原子摻雜介孔氧化硅，介孔金屬氧化物、金屬、硫化物、碳、聚合物等，以及對(duì)介孔氧化硅進(jìn)行有機(jī)修飾怛¨．其中有機(jī)修飾是擴(kuò)展其應(yīng)用的最為便捷也最為靈活的途徑之一。對(duì)于有機(jī)官能化的介孑L氧化硅材料主要分為表面結(jié)合型及橋鍵型有機(jī)一無(wú)機(jī)介孔材料兩種。表面結(jié)合型有機(jī)一無(wú)機(jī)介孔材料可以通過(guò)后嫁接或共縮聚兩種方式將有機(jī)基團(tuán)引入到介孔材料的孔道中。引入的有機(jī)基團(tuán)還可以通過(guò)進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)衍生出新的活性中心。表面結(jié)合型有機(jī)一無(wú)機(jī)介孔材料的活性位比較容易接近，可選的有機(jī)基團(tuán)種類(lèi)也相對(duì)較多。但這種方法合成的材料存在有機(jī)基團(tuán)分布不均勻，占用孔道空間降低孔容等缺點(diǎn)。橋鍵型有機(jī)一無(wú)機(jī)介孔材料，簡(jiǎn)稱(chēng)PMOs（Periodic Mesoporous Organosilicas)，是指有機(jī)基團(tuán)存在于材料的孔壁結(jié)構(gòu)中的有機(jī)一無(wú)機(jī)介孔材料。
在實(shí)際項(xiàng)目中，我們基本都用增強(qiáng)型
mos管，分為N溝道和P溝道兩種。我們常用的是NMOS，因?yàn)槠鋵?dǎo)通電阻小，且容易制造。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（如馬達(dá)），這個(gè)二極管很重要。順便說(shuō)一句，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒(méi)有的。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。 PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類(lèi)少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。
不管是NMOS還是PMOS，導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在，這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會(huì)減小導(dǎo)通損耗。現(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。 MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，一定不是在瞬間完成的。
MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過(guò)程，流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程，在這段時(shí)間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開(kāi)關(guān)損失。通常開(kāi)關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多，而且開(kāi)關(guān)頻率越高，損失也越大。 導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大。縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失；降低開(kāi)關(guān)頻率，可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開(kāi)關(guān)損失。
跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。 在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專(zhuān)門(mén)的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。
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