截止:漏源極間加正電源,柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏,漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。導(dǎo)電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi),而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面當(dāng)UGS大于UT(開(kāi)啟電壓或閾值電壓)時(shí),柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度,使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層,該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失,漏極和源極導(dǎo)電。值得一提的是采用平面式結(jié)構(gòu)的功率MOSFET也并非不存在,這類元件主要用在高級(jí)的音響放大器中。平面式的功率MOSFET在飽和區(qū)的特性比垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET更好。垂直式功率MOSFET則取其導(dǎo)通電阻(turn-on resistance)非常小的優(yōu)點(diǎn),多半用來(lái)做開(kāi)關(guān)切換之用。為何要把MOSFET的尺寸縮?。可钲赑-CHANNELMOSFET定制
當(dāng)芯片上的晶體管數(shù)量大幅增加后,有一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題也跟著發(fā)生了,那就是芯片的發(fā)熱量也大幅增加。一般的集成電路元件在高溫下操作可能會(huì)導(dǎo)致切換速度受到影響,或是導(dǎo)致可靠度與壽命的問(wèn)題。在一些發(fā)熱量非常高的集成電路芯片如微處理器,需要使用外加的散熱系統(tǒng)來(lái)緩和這個(gè)問(wèn)題。在功率晶體管(Power MOSFET)的領(lǐng)域里,通道電阻常常會(huì)因?yàn)闇囟壬叨黾樱@樣也使得在元件中pn-接面(pn-junction)導(dǎo)致的功率損耗增加。假設(shè)外置的散熱系統(tǒng)無(wú)法讓功率晶體管的溫度保持在夠低的水平,很有可能讓這些功率晶體管遭到熱破壞(thermal runaway)的命運(yùn)。南通高壓P管MOSFET開(kāi)關(guān)管MOSFET需要的驅(qū)動(dòng)功率小,開(kāi)關(guān)速度快,工作頻率高;
理論上MOSFET的柵極應(yīng)該盡可能選擇電性良好的導(dǎo)體,多晶硅在經(jīng)過(guò)重(讀作zhong)摻雜之后的導(dǎo)電性可以用在MOSFET的柵極上,但是并非完美的選擇。MOSFET使用多晶硅作為的理由如下: MOSFET的臨界電壓(threshold voltage)主要由柵極與通道材料的功函數(shù)(work function)之間的差異來(lái)決定,而因?yàn)槎嗑Ч璞举|(zhì)上是半導(dǎo)體,所以可以藉由摻雜不同極性的雜質(zhì)來(lái)改變其功函數(shù)。更重要的是,因?yàn)槎嗑Ч韬偷紫伦鳛橥ǖ赖墓柚g能隙(bandgap)相同,因此在降低PMOS或是NMOS的臨界電壓時(shí)可以藉由直接調(diào)整多晶硅的功函數(shù)來(lái)達(dá)成需求。反過(guò)來(lái)說(shuō),金屬材料的功函數(shù)并不像半導(dǎo)體那么易于改變,如此一來(lái)要降低MOSFET的臨界電壓就變得比較困難。而且如果想要同時(shí)降低PMOS和NMOS的臨界電壓,將需要兩種不同的金屬分別做其柵極材料,對(duì)于制程又是一個(gè)很大的變量。多晶硅的融點(diǎn)比大多數(shù)的金屬高,而在現(xiàn)代的半導(dǎo)體制程中習(xí)慣在高溫下沉積柵極材料以增進(jìn)元件效能。金屬的融點(diǎn)低,將會(huì)影響制程所能使用的溫度上限。
MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的大優(yōu)勢(shì)是對(duì)直流信號(hào)而言,MOSFET的柵極端阻抗為無(wú)限大(等效于開(kāi)路),也就是理論上不會(huì)有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點(diǎn),而是完全由電壓控制柵極的形式。這讓MOSFET和他們較主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手BJT相較之下更為省電,而且也更易于驅(qū)動(dòng)。在CMOS邏輯電路里,除了負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)芯片外負(fù)載(off-chip load)的驅(qū)動(dòng)器(driver)外,每一級(jí)的邏輯門都只要面對(duì)同樣是MOSFET的柵極,如此一來(lái)較不需考慮邏輯門本身的驅(qū)動(dòng)力。相較之下,BJT的邏輯電路(例如較常見(jiàn)的TTL)就沒(méi)有這些優(yōu)勢(shì)。MOSFET的柵極輸入電阻無(wú)限大對(duì)于電路設(shè)計(jì)工程師而言亦有其他優(yōu)點(diǎn),例如較不需考慮邏輯門輸出端的負(fù)載效應(yīng)(loading effect)。漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。
為何要把MOSFET的尺寸縮小基于以下幾個(gè)理由,我們希望MOSFET的尺寸能越小越好。 ,越小的MOSFET象征其通道長(zhǎng)度減少,讓通道的等效電阻也減少,可以讓更多電流通過(guò)。雖然通道寬度也可能跟著變小而讓通道等效電阻變大,但是如果能降低單位電阻的大小,那么這個(gè)問(wèn)題就可以解決。其次,MOSFET的尺寸變小意味著柵極面積減少,如此可以降低等效的柵極電容。此外,越小的柵極通常會(huì)有更薄的柵極氧化層,這可以讓前面提到的通道單位電阻值降低。不過(guò)這樣的改變同時(shí)會(huì)讓柵極電容反而變得較大,但是和減少的通道電阻相比,獲得的好處仍然多過(guò)壞處,而MOSFET在尺寸縮小后的切換速度也會(huì)因?yàn)樯厦鎯蓚€(gè)因素加總而變快。第三個(gè)理由是MOSFET的面積越小,制造芯片的成本就可以降低,在同樣的封裝里可以裝下更高密度的芯片。一片集成電路制程使用的晶圓尺寸是固定的,所以如果芯片面積越小,同樣大小的晶圓就可以產(chǎn)出更多的芯片,于是成本就變得更低了。MOSFET有什么應(yīng)用優(yōu)勢(shì)?蘇州低壓MOSFET型號(hào)
Power MOSFET全稱功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。深圳P-CHANNELMOSFET定制
理解MOSFET的幾個(gè)常用參數(shù)VDS,即漏源電壓,這是MOSFET的一個(gè)極限參數(shù),表示MOSFET漏極與源極之間能夠承受的較大電壓值。需要注意的是,這個(gè)參數(shù)是跟結(jié)溫相關(guān)的,通常結(jié)溫越高,該值較大。RDS(on),漏源導(dǎo)通電阻,它表示MOSFET在某一條件下導(dǎo)通時(shí),漏源極之間的導(dǎo)通電阻。這個(gè)參數(shù)與MOSFET結(jié)溫,驅(qū)動(dòng)電壓Vgs相關(guān)。在一定范圍內(nèi),結(jié)溫越高,Rds越大;驅(qū)動(dòng)電壓越高,Rds越小。Qg,柵極電荷,是在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下,柵極電壓從0V上升至終止電壓(如15V)所需的充電電荷。也就是MOSFET從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài),驅(qū)動(dòng)電路所需提供的電荷,是一個(gè)用于評(píng)估MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)能力的主要參數(shù)。Id,漏極電流,漏極電流通常有幾種不同的描述方式。根據(jù)工作電流的形式有,連續(xù)漏級(jí)電流及一定脈寬的脈沖漏極電流。深圳P-CHANNELMOSFET定制
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