MOS管知识:一文彻底区分MOS NMOS PMOS CMOS（从原理的视角）
MOS分類 場效應管从原理的视角，一文彻底区分MOS NMOS PMOS CMOS，详细请查看下文。mos管学名是場效應管，是金属-氧化物-半导体型場效應管，属于绝缘栅型，MOS又分N型、P型MOS管。
（一）由基礎說起
半導體的基礎材料是矽晶體，矽這種材料，在化學元素周期表裏是四族元素，矽從微觀上看每個原子最外層有4個電子，我們知道，外層4個電子的物質處于穩定狀態。矽晶體裏，兩個電子結合形成更爲穩定的共價鍵。
當然這種共價鍵並不是牢不可破的，在絕對0度以上，總會有少數的電子擺脫共價鍵的束縛在晶格裏遊蕩，會表現出很小的導電性，半導體的名字就這麽來了。
如果矽晶體裏摻入了三族元素，比如硼，會是什麽狀況的呢？
三族元素最外层3个电子，跟硅结合的时候，共价键上就会缺一个电子，我们叫它空穴。由于电子的热力学运动，某个共价键上的电子可能摆脱束缚移动到空穴位置上来，宏观上看好像是空穴产生了移动，由于空穴表现正电荷，空穴的英文称为positive holes，这种半导体就称之为P型半导体。
同样，在硅晶体里掺杂五族元素后，共价键上就会多出一个电子，这个电子可以在半导体内自由移动，形成导电的电子，即negative electrons。掺杂五族元素的半导体称为N型半导体。
我們從宏觀上看，N型半導體裏面有很多可以導電的電子。
P型半導體裏面有很多不可移動的空穴。此處特別強調不可移動，我們說空穴的移動，實際上是其它位置的電子填充了空穴的位置，看上去像是空穴在移動。
N型半導體和P型半導體宏觀上看都是不帶電的！正負電荷量相等。
（二）MOS
假如我们把P型半导体放在一个电场中会有什么现象呢 ？根据最基本的物理知识，同电荷排斥，异电荷相吸，电场中的P型半导体如下图所见。左右两侧为电极板，电子会被吸引到正电极测，空穴被吸引到负电极测。这里正负只是普通的物理定义，其实在电路中，严格的说法应该是高电平测、低电平测。正负只有在指定0V参考点的情况下才有意义。
我们把这种效应称为电场效应（Field Effect），依据这种现场所发明的半导体器件称为場效應管，即Field Effect Transistor ，简称FET！这就是FET真实的内涵。
为了方便产生一个电场，科学家们发明了一种像三明治的结构。这种结构的最上层是金属，一般是铝化合物，中间层是氧化物，一般是氧化硅，下面是P型半导体，此处也称为P型衬底。这种器件被称为Metal Oxide Semiconductor，简称MOS。
在金屬層和襯底之間加上電場，于是在氧化物的下面就聚集了電子，形成一個反轉層。本來是P型襯底，出現了電子層，中文書裏面也叫做“溝道”，也被稱爲N溝道。
把這個材料繼續加工，在P型襯底的兩肩腐蝕出N型的電極，于是NMOS就這麽産生了！金屬層被稱爲G極、即柵極；N型摻雜濃度高的一端稱爲S極、即源極，摻雜濃度稍微低點的一端稱爲D極，即漏極。“源”是源頭的意思，它的濃度高、可以提供更多的載流子，在N型半導體裏，溝道內部是電子，如果能夠形成一個電流通路，那麽源極也應該提供的是電子。
在外部偏壓形成的電場力作用下，電子由S流向D。因爲電流定義的方向跟電子流動的方向相反，所以此時電流從D流向S。因此，D點的點位要比S點高。
至此，我們就清楚了什麽是MOS，MOSFET，NMOS。記住一點：NMOS指的是形成了N型的反轉層，那麽它一定是在P型襯底上實現的。
同樣，對于襯底爲N型的器件，我們要施加電場産生一個空穴區，即P溝道，所以稱爲PMOS，空穴區需要低電平産生，所以G極的電勢要比源極低。P溝道流動的是”空穴“，所以電流方向是S極流向D極，那麽S極的電勢就要高。
至此，我們應該能分清什麽是MOS、MOSFET、NMOS、PMOS了。從中我們也看出了，MOS管是一種G極電壓産生電場效應，控制DS兩端電流的可控器件。
（三）NMOS電路抽象
在電路裏面，如何區分NMOS、PMOS以及電路如何連接呢？
現在我們想一下，襯底該怎麽接，以NMOS爲例，襯底P型，如果襯底接高電位，那麽就形成了兩個PN結並聯的電路。所以P型襯底需要接低電位，根據上面說的電流方向，N型MOS低電位爲S極，所以襯底需要連S極。這就是爲什麽MOS管的電路圖總是看到襯底跟S極相連的原因！
下面詳細說說電路符號每一個細節所代表的意思。
1. 没有施加电场时，G极下没有产生N沟道，所以电路图中用虚线代表这一层意思。（以后的文章中会介绍不同种类的MOSFET，G极为0V，没有反转层生成的器件称为增强型MOS管，还有一种是耗尽型MOS，对于耗尽型MOS，中间竖线是相连的。
2. 箭头的意思代表衬底的PN结效应，P型衬底（NMOS）在G极产生电场下，靠近G极为电子区、远离端为空穴区，所以电场下生产的PN效应指向G极！
3. 图中的二极管是衬底与D之间体二极管，上文中也提到了，如果衬底接高电平，此时二极管直接导通，失去了MOS管控制的作用。大家此时应该立刻想到，如果NMOS的S极接了高电压，D接了低电压，MOS管直接导通！
（四）PMOS電路抽象
對于PMOS，再啰嗦一遍，PMOS的”P“即P溝道，一定是在N型襯底上産生的，襯底PN效應箭頭背離G極。N型襯底的兩肩上腐蝕出P型電極，流過溝道的是空穴，方向從源到漏，源爲高摻雜，空穴運動的方向同時也是電流的方向，也就是說PMOS的電流從S到D，S爲高電平。
PMOS的襯底爲N型，如果襯底爲低電平，同樣是等效于兩個PN結並聯，所以襯底要接高電平，即襯底也是連S極，得出一個結論：無論NMOS、PMOS襯底都是連S極！
體二極管效應仍然在D極和襯底間産生，D爲體二極管的P區。同樣，對于PMOS，D極比S極點位高的話，直接通過二極管效應産生通路。
NMOS和PMOS分別簡化如下：
（五）什麽是CMOS
CMOS即 complementary MOSFET，互补型MOSFET，在大规模集成电路里面，NMOS和PMOS被集成在一起，通过同一个信号来控制，从而实现数字信号的逻辑NOT功能。这种结构是组成集成电路的基础单元。
