增强型MOS管的源漏极为什么不能反接？

这几天在看MOS管的工作原理，看了那么多经典应用电路，一直的疑问是在设计电路时，源漏极到底如何接？这个问题导致我一直没有下笔写关于MOS管的理解。现在先解答一下，源漏极连接及能否反接这个问题，主要以增强型NMOS管为例，或许会挂上PMOS管。

1.源漏极定义

NMOS结构

(1)如图，NMOS管有4个极组成。其中，P型半导体作为衬底，用B表示；在衬底上方用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜绝缘层(黄色)；扩散两个高掺杂的N型区，从而形成两个PN结（绿色部分），这两个PN节构成NMOS管的寄生二极管，又称体二极管；从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S；在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G，由于绝缘，和S、D极永远不可能产生电流。

(2)那么，像图中所示，两个N型区，到底哪个是源极，哪个是漏极呢？讲道理，这两个N型区完全对称，谁做源极谁做漏极都可以的。这里有一个判断标准：两个N型区中，和衬底相连的是源级,另一端是漏极，这是由MOS管的工作原理决定的。所以，源极和漏极并不是事先定义好的，而是根据实际元件中，和衬底B极的连接关系决定的。

2.漏源电压能否反接呢？

这个问题围困了我一周。因为看NMOS管的输出特性曲线和转移特性曲线(输入特性曲线)如下图：

输出(左)与输入(右)特性曲线

当NMOS管的控制电压(栅源电压)>开启电压(2V以上)时，在D、S之间会形成反型层(又称作导电沟道，因沟道的导电离子极性与衬底的多子极性相反而被称为反型层)。当D、S之间没有电压即=0时，是不会产生漏源电流的(如上图左)。只有>0时，即电动势>时才会产生电流>0，电流从D流向S。

衬底和源极连接，>且>0的情况下(正确的工作模式)，NMOS工作原理如下图：

NMOS正常工作原理图

那么，在>，已形成反型层的情况下，当<0即电动势<时，这种接法对NMOS而言是否可行呢？

按道理讲，衬底内当DS之间的反型层建立，只要在DS之间加电压，就可以产生电流。如果>，电流D→S，反之电流方向S→D。

(1)从第一个角度来理解。源(Source)极是源头，是能发射或源源不断产生电子多数载流子的一极(在NMOS管中，D、S区的多子就是电子)，漏(Drain)极是损失或中和掉多数载流子的一极。所以，在NMOS管正常工作时，多子(电子)应该是从源极到漏极(而不能反过来)，对应的电流就是从漏极到源极，此时对应的电压就应该是>0。这是从源漏极字面的意思理解。

(2)从第二个角度来理解。源极和衬底B极是短在一起的，当>时，源极电子和B极少子共同形成反型层，当>0时，如上面(1)所述，反型层能正常导电；当<0时(将上图的正负调换方向后)，初始阶段电流可以从S→D(电子从D→S，毕竟暂时形成的反型层还存在)，但是随着时间延长，源极发射的电子不会朝漏极方向涌动，而是朝电源的正端涌动，此时反型层会因源极提供的电子减少而消失，而漏极因为与衬底不短接，即使能产生电子也无法传递到衬底层，所以反型层导电沟道彻底消失。此时DS之间只会剩衬底B到漏极D之间的一个寄生二极管，所以当DS之间电源接反时，电源之间相当于接了一个普通二极管，只有管压降。所以，DS之间的电压也应该是>0。(这个理解不知道准不准确，还请读者反馈想法，共同讨论)

综上所述：

1)对NMOS管而言，要想正常工作，就应该有：>(2V以上)>0且>0，即DS之间电源不要反接；

2)若<0，那么NMOS管是无法正常工作的，只相当于在之间接了一个普通二极管，如果电流过大，可能会损坏NMOS管；

3)从1)所述的NMOS正常工作模式看出：S极的电位最低，往往接地。

注：PMOS管理解与此相似，其正常工作模式为：<<0且<0；PMOS管正常工作模式看出S极的电位最高，往往接电源。这就解释了为什么很多博文中写道：NMOS管的源极往往接地，PMOS管的源极往往接Vcc。