来自专栏芯片基础课

说来惭愧，大二学了一遍模电数电，考研专业课又学了一遍模电数电，但拿到如下这张mos管结构图，让我立马说出：【这是什么型mos管，标准符号衬底的箭头指向哪里，简化符号栅极有没有小圆圈，衬底该接高接低，栅极高电平导通还是低电平导通，导通电流方向是什么】的答案，时不时还真有点卡壳。这真的不能怪我们，是真的太绕了，比如PMOS管栅极居然是低电平有效，简化图上输入带圈，这真的太反人性了。

今天就用一篇文章把这些关系彻底理顺，开始吧！

首先，你应该已经懂得：

1. 硅中参杂电子多的话，会在那里写个N，参杂空穴多的话，会在那里写个P。

2. 电流的方向指的是正电荷（空穴）流动的方向，是电子流动方向的反方向。（初中物理）

3. 电源的正电压端会吸引电子聚集过来，负电压端会吸引空穴聚集过来。（初中物理：异性相吸）

4. mos管是个开关，栅极（G）是控制端，它控制着源极（S）和漏极（D）之间是否能导通，即是否可以通过电流。

5. 源极和漏极导通电流的意思是，给他们两加一个电压源，可以形成电流，从漏流到源也行，从源流到漏也行，这个电流是空穴移动产生的也行，是电子移动产生的也行。

6. 二极管正向（从P到N接正电压）导通，反向（从N到P接正电压）不导通。

好，可以开始了。

拿到这副mos管的结构图，首先看到s极和d极连着的是N参杂区域，代表这两个区域电子多，衬底是P参杂区域，代表空穴多。

此时，想象在S极和D极两端加一个电压源(方向无所谓)，可惜中间衬底部分都是P型啊，【由已知第6条】电子想移动形成电流可是从N到P是二极管反向走不通啊。那我们的目标就来了，在这两个N参杂区域之间架起一条可让电子通过的“桥梁”。

这条"桥梁"的架设很巧妙：栅极加一个比衬底电压更高的电压，那么栅极相当于电源正极，【由已知第3条】栅极吸引P衬底中的电子（P代表空穴多，但依然有电子啊）向着栅极方向聚集，形成了下图红色区域中电子聚集的情况。

“桥”架起来了！红色区域也成为电子多的区域了，我们完全可以在这个时刻在红色区域上标一个N。再想象在S极和D极两端加一个电压源(比如电池，方向无所谓)，电子有路可走了吧。假设D极加正电压，S极接地，从电源外部看，【由已知第3条】电子从S极往D极移动，【由已知第2条】电流方向是从D极指向S极。

这个“桥”的学名叫做“沟道”，沟道是由衬底中电子被吸引来形成的就叫N沟道，沟道是由衬底中空穴被吸引过来形成的就叫P沟道，个人感觉这名字还是挺贴切的。好，到我们敲黑板知识点：PMOS的全称叫P沟道MOS管，容易想出沟道是什么类型取决于S和D端掺杂的是什么类型，立即推：S和D端区域写了N，管子就是NMOS；S和D端区域写了P，管子就是PMOS。

好，继续敲黑板知识点：MOS管的标准符号中，衬底的箭头方向指的是衬底中“电子”的移动方向，上述的NMOS管中衬底里的电子被栅极高电压吸引跑去形成人肉沟道，那么下图中衬底箭头方向是朝着栅极的。

好，继续敲黑板！！！在简化符号中，衬底就不画了，因为栅极高电平MOS导通，意味着衬底中电子方向一定是朝着栅极的。那么只要规定了栅极高电平有效还是低电平有效，衬底那条线就没有必要画了，是确定了的。这里和数电里电平有效的标注方法是一样的，输入pin带一个圈就表示低电平有效，那么下图就出来了，NMOS管是栅极高电平有效。

三次敲黑板后，我们应该已经解答了开始时最重要的三个问题：【这是什么型mos管，标准符号衬底的箭头指向哪里，简化符号栅极有没有小圆圈】。为了避免大家每次都把上述形成人肉沟道的过程从头想一遍，咱们还是搞个恶心的口诀帮助下记忆：N无圈（谐音花无缺）朝自己开了一枪（衬底箭头方向朝栅极自己）。好恶心~~~~

我们继续研究刚才的过程，刚才说了一句话：“栅极加一个比衬底电压更高的电压”。【由已知第3条】这样栅极才能吸引衬底中的电子跑过去形成人肉沟道嘛。那么衬底接VDD还是接GND？当然是接GND啦，没有问题吧。

实际使用中，无论是NMOS还是PMOS，通常把S极和衬底B接在一起用，叫做共源接法。所以经常看到如下图的符号。你要问为什么衬底要和源极接在一起，我暂时还不知道，但从MOS管结构图可知，源极和漏极本来就是对称的，可互换的，图上不标谁是D谁是S，你就不知道谁是D谁是S。所以衬底想和谁接在一起其实是一回事。

那么对于NMOS管，刚分析到衬底得接GND，为了让栅极高电平时能吸引电子过去当沟道。那么NMOS的使用通常如下图：Vgs为高电平时，id电流能够形成，方向从D流向S到地；Vgs为低电平时，id电流形成不了，D、S之间断开。

到此结束，开头提出的所有问题都得到了解答。PMOS的情况不加赘述了，按照此文可以完全自己做一遍分析。千言万语汇成一句话：花无缺朝自己开了一枪。