隨著MOSFET技術(shù)的不斷演進(jìn),現(xiàn)在的CMOS技術(shù)也已經(jīng)可以符合很多模擬電路的規(guī)格需求。再加上MOSFET因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的關(guān)系,沒(méi)有BJT的一些致命缺點(diǎn),如熱破壞(thermal runaway)。另外,MOSFET在線性區(qū)的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來(lái)取代傳統(tǒng)的多晶硅電阻(poly resistor),或是MOS電容本身可以用來(lái)取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容(PIP capacitor),甚至在適當(dāng)?shù)碾娐房刂葡驴梢员憩F(xiàn)出電感(inductor)的特性,這些好處都是BJT很難提供的。也就是說(shuō),MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外,也可以用來(lái)作為模擬電路中大量使用的被動(dòng)元件(passive device)。這樣的優(yōu)點(diǎn)讓采用MOSFET實(shí)現(xiàn)模擬電路不但可以滿足規(guī)格上的需求,還可以有效縮小芯片的面積,降低生產(chǎn)成本。MOSFET熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。廈門(mén)低壓N+PMOSFET失效分析
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場(chǎng)效晶體管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET),而IGFET的柵極絕緣層有可能是其他物質(zhì)而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場(chǎng)效晶體管元件時(shí)比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。從名字表面的角度來(lái)看MOSFET的命名,事實(shí)上會(huì)讓人得到錯(cuò)誤的印象。因?yàn)镸OSFET里 “metal”的 個(gè)字母M在當(dāng)下大部分同類(lèi)的元件里是不存在的。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料,但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,隨后MOSFET柵極使用多晶硅取代了金屬。在處理器中,多晶硅柵已經(jīng)不是主流技術(shù),從英特爾采用45納米線寬的P1266處理器開(kāi)始,柵極開(kāi)始重新使用金屬。廈門(mén)低壓N+PMOSFET失效分析為何要把MOSFET的尺寸縮?。?/p>
MOSFET應(yīng)用優(yōu)勢(shì):場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制元件,而雙極結(jié)型晶體管是電流控制元件。在只允許從取較少電流的情況下,應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低,又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下,應(yīng)選用雙極晶體管。有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比雙極晶體管好。場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱(chēng)之為單極型器件,而雙極結(jié)型晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。因此被稱(chēng)之為雙極型器件。
MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的另外一大優(yōu)勢(shì)是對(duì)直流(DC)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 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(mén)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(mén)本身的驅(qū)動(dòng)力。相較之下,BJT的邏輯電路(例如 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(mén)輸出端的負(fù)載效應(yīng)(loading effect)。模擬電路MOSFET需要的驅(qū)動(dòng)功率小,開(kāi)關(guān)速度快,工作頻率高;
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的參數(shù)很多,包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)。廈門(mén)低壓MOSFET
MOSFET的柵極材料有哪些?廈門(mén)低壓N+PMOSFET失效分析
在MOSFET器件應(yīng)用時(shí)除了要考慮器件的電壓、電流、頻率外,還必須掌握在應(yīng)用中如何保護(hù)器件,不使器件在瞬態(tài)變化中受損害。當(dāng)然晶閘管是兩個(gè)雙極型晶體管的組 合,又加上因大面積帶來(lái)的大電容,所以其dv/dt能力是較為脆弱的。對(duì)di/dt來(lái)說(shuō),它還存在一個(gè)導(dǎo)通區(qū)的擴(kuò)展問(wèn)題,所以也帶來(lái)相當(dāng)嚴(yán)格的限制。功率MOSFET的情況有很大的不同。它的dv/dt及di/dt的能力常以每納秒(而不是每微秒)的能力來(lái)估量。但盡管如此,它也存在動(dòng)態(tài)性能的限制。這些我們可以從功率MOSFET的基本結(jié)構(gòu)來(lái)予以理解。除了器件的幾乎每一部分存在電容以外,還必須考慮MOSFET還并聯(lián)著一個(gè)二極管。同時(shí)從某個(gè)角度看、它還存在一個(gè)寄生晶體管。(就像IGBT也寄生著一個(gè)晶閘管一樣)。這幾個(gè)方面,是研究MOSFET動(dòng)態(tài)特性很重要的因素。廈門(mén)低壓N+PMOSFET失效分析
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