無錫低壓MOSFET設計

來源: 發(fā)布時間:2022-04-29

由于MOSFET是對稱的,所以源極或漏極可以互換。因此,源極端子和基板端子在內(nèi)部連接,所以MOSFET具有三個端子,而且它們處于相同的電位,這就阻止了任何電流從襯底流向源極。在MOSFET中,我們希望電流從漏極流到源極,因此,我們必須在漏極和源極之間連接一個電池,該電壓稱為Vds,因為它介于漏極和源極之間。電池的正極增加了漏極端子處的電勢,從而增加了漏極和基板之間的耗盡區(qū),因此不會有電流從漏極流到源極,這時候MOSFET處于截止狀態(tài),這也稱為截止區(qū)域?,F(xiàn)在,要使電流從漏極流到源極,必須在它們之間建立一個通道。為了創(chuàng)建通道,我們又在柵極和襯底之間連接了一個小電壓源。電池正端與柵極相連,該電壓稱為Vgs,因為它介于柵極和源極之間,襯底是p型半導體,因此,電荷載流子是空穴,但是存在一些自由電子作為少數(shù)電荷載流子。電池在基板內(nèi)部產(chǎn)生電場,由于該場襯底中的電子與電場相反地流動,即流向柵極,由于存在絕緣體,這些電子無法從基板流向柵極,因此它們聚集在襯底中的柵極附近。MOSFET中的絕緣體或電介質(zhì)不單會阻擋電子,還會增加電子上的電荷,從而吸引更多的電子。MOSFET依照其“通道”(工作載流子)的極性不同,可分為“N型”與“P型” 的兩種類型。無錫低壓MOSFET設計

MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體),F(xiàn)ET(Field Effect Transistor場效應晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應來控制半導體(S)的場效應晶體管。功率場效應晶體管也分為結型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動電路簡單,需要的驅(qū)動功率小,開關速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR, 但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。深圳DUAL P-CHANNELMOSFET開關管MOSFET在導通時的通道電阻低,而截止時的電阻近乎無限大,所以適合作為模擬信號的開關。

MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”(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效晶體管元件時比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。MOSFET里的氧化層位于其通道上方,依照其操作電壓的不同,這層氧化物的厚度 有數(shù)十至數(shù)百埃(Å)不等,通常材料是二氧化硅(silicon dioxide,SiO2),不過有些新的進階制程已經(jīng)可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride,SiON)做為氧化層之用。

為何要把MOSFET的尺寸縮小基于以下幾個理由,我們希望MOSFET的尺寸能越小越好。 ,越小的MOSFET象征其通道長度減少,讓通道的等效電阻也減少,可以讓更多電流通過。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,那么這個問題就可以解決。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。不過這樣的改變同時會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壞處,而MOSFET在尺寸縮小后的切換速度也會因為上面兩個因素加總而變快。第三個理由是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。過去數(shù)十年來,MOSFET的尺寸不斷地變小。

MOSFET從截止狀態(tài)到完全導通狀態(tài),驅(qū)動電路所需提供的電荷,是一個用于評估MOSFET的驅(qū)動電路驅(qū)動能力的主要參數(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)漏級電流及一定脈寬的脈沖漏極電流(Pulsed drain current)。這個參數(shù)同樣是MOSFET的一個極限參數(shù),但此較大電流值并不表示在運行過程中漏極電流能夠達到這個值。它表示當殼溫在某一值時,如果MOSFET工作電流為上述較大漏極電流,則結溫會達到較大值。所以這個參數(shù)還跟器件封裝,環(huán)境溫度有關。若箭頭從基極指向通道,則表示基極為P型,而通道為N型,此元件為N型的MOSFET,簡稱NMOS。太倉高壓N管MOSFET封裝

MOSFET尺寸不斷縮小,可以讓集成電路的效能大幅提升。無錫低壓MOSFET設計

功率MOSFET的設計過程中采取措施使其中的寄生晶體管盡量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但總的原則是使漏極下的橫向電阻RB 盡量小。因為只有在漏極N區(qū)下的橫向電阻流過足夠電流為這個N區(qū)建立正偏的條件時,寄生的雙極性晶閘管才開始發(fā)難。然而在嚴峻的動態(tài)條件下,因du/dt 通過相應電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時這個寄生的雙極性晶體管就會起動,有可能給MOSFET帶來損壞。所以考慮瞬態(tài)性能時對功率MOSFET器件內(nèi)部的各個電容(它是dv/dt的通道)都必須予以注意。瞬態(tài)情況是和線路情況密切相關的,這方面在應用中應給予足夠重視。對器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應的問題。無錫低壓MOSFET設計

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