來自專欄芯片基礎課

說來慚愧，大二學了一遍模電數電，考研專業課又學了一遍模電數電，但拿到如下這張mos管結構圖，讓我立馬說出：【這是什么型mos管，標準符號襯底的箭頭指向哪里，簡化符號柵極有沒有小圓圈，襯底該接高接低，柵極高電平導通還是低電平導通，導通電流方向是什么】的答案，時不時還真有點卡殼。這真的不能怪我們，是真的太繞了，比如PMOS管柵極居然是低電平有效，簡化圖上輸入帶圈，這真的太反人性了。

今天就用一篇文章把這些關系徹底理順，開始吧！

首先，你應該已經懂得：

1. 硅中參雜電子多的話，會在那里寫個N，參雜空穴多的話，會在那里寫個P。

2. 電流的方向指的是正電荷（空穴）流動的方向，是電子流動方向的反方向。（初中物理）

3. 電源的正電壓端會吸引電子聚集過來，負電壓端會吸引空穴聚集過來。（初中物理：異性相吸）

4. mos管是個開關，柵極（G）是控制端，它控制著源極（S）和漏極（D）之間是否能導通，即是否可以通過電流。

5. 源極和漏極導通電流的意思是，給他們兩加一個電壓源，可以形成電流，從漏流到源也行，從源流到漏也行，這個電流是空穴移動產生的也行，是電子移動產生的也行。

6. 二極管正向（從P到N接正電壓）導通，反向（從N到P接正電壓）不導通。

好，可以開始了。

拿到這副mos管的結構圖，首先看到s極和d極連著的是N參雜區域，代表這兩個區域電子多，襯底是P參雜區域，代表空穴多。

此時，想象在S極和D極兩端加一個電壓源(方向無所謂)，可惜中間襯底部分都是P型啊，【由已知第6條】電子想移動形成電流可是從N到P是二極管反向走不通啊。那我們的目標就來了，在這兩個N參雜區域之間架起一條可讓電子通過的“橋梁”。

這條"橋梁"的架設很巧妙：柵極加一個比襯底電壓更高的電壓，那么柵極相當于電源正極，【由已知第3條】柵極吸引P襯底中的電子（P代表空穴多，但依然有電子啊）向著柵極方向聚集，形成了下圖紅色區域中電子聚集的情況。

“橋”架起來了！紅色區域也成為電子多的區域了，我們完全可以在這個時刻在紅色區域上標一個N。再想象在S極和D極兩端加一個電壓源(比如電池，方向無所謂)，電子有路可走了吧。假設D極加正電壓，S極接地，從電源外部看，【由已知第3條】電子從S極往D極移動，【由已知第2條】電流方向是從D極指向S極。

這個“橋”的學名叫做“溝道”，溝道是由襯底中電子被吸引來形成的就叫N溝道，溝道是由襯底中空穴被吸引過來形成的就叫P溝道，個人感覺這名字還是挺貼切的。好，到我們敲黑板知識點：PMOS的全稱叫P溝道MOS管，容易想出溝道是什么類型取決于S和D端摻雜的是什么類型，立即推：S和D端區域寫了N，管子就是NMOS；S和D端區域寫了P，管子就是PMOS。

好，繼續敲黑板知識點：MOS管的標準符號中，襯底的箭頭方向指的是襯底中“電子”的移動方向，上述的NMOS管中襯底里的電子被柵極高電壓吸引跑去形成人肉溝道，那么下圖中襯底箭頭方向是朝著柵極的。

好，繼續敲黑板！！！在簡化符號中，襯底就不畫了，因為柵極高電平MOS導通，意味著襯底中電子方向一定是朝著柵極的。那么只要規定了柵極高電平有效還是低電平有效，襯底那條線就沒有必要畫了，是確定了的。這里和數電里電平有效的標注方法是一樣的，輸入pin帶一個圈就表示低電平有效，那么下圖就出來了，NMOS管是柵極高電平有效。

三次敲黑板后，我們應該已經解答了開始時最重要的三個問題：【這是什么型mos管，標準符號襯底的箭頭指向哪里，簡化符號柵極有沒有小圓圈】。為了避免大家每次都把上述形成人肉溝道的過程從頭想一遍，咱們還是搞個惡心的口訣幫助下記憶：N無圈（諧音花無缺）朝自己開了一槍（襯底箭頭方向朝柵極自己）。好惡心~~~~

我們繼續研究剛才的過程，剛才說了一句話：“柵極加一個比襯底電壓更高的電壓”。【由已知第3條】這樣柵極才能吸引襯底中的電子跑過去形成人肉溝道嘛。那么襯底接VDD還是接GND？當然是接GND啦，沒有問題吧。

實際使用中，無論是NMOS還是PMOS，通常把S極和襯底B接在一起用，叫做共源接法。所以經常看到如下圖的符號。你要問為什么襯底要和源極接在一起，我暫時還不知道，但從MOS管結構圖可知，源極和漏極本來就是對稱的，可互換的，圖上不標誰是D誰是S，你就不知道誰是D誰是S。所以襯底想和誰接在一起其實是一回事。

那么對于NMOS管，剛分析到襯底得接GND，為了讓柵極高電平時能吸引電子過去當溝道。那么NMOS的使用通常如下圖：Vgs為高電平時，id電流能夠形成，方向從D流向S到地；Vgs為低電平時，id電流形成不了，D、S之間斷開。

到此結束，開頭提出的所有問題都得到了解答。PMOS的情況不加贅述了，按照此文可以完全自己做一遍分析。千言萬語匯成一句話：花無缺朝自己開了一槍。