常見(jiàn)的MOSFET設(shè)計(jì)是以一條直線 通道,兩條和通道垂直的線 源極與漏極,左方和通道平行而且較短的線 柵極,如下圖所示。有時(shí)也會(huì)將 通道的直線以破折線代替,以區(qū)分增強(qiáng)型MOSFET(enhancement mode MOSFET)或是耗盡型MOSFET(depletion mode MOSFET)另外又分為NMOSFET和PMOSFET兩種類型,電路符號(hào)如圖所示(箭頭的方向不同)。由于集成電路芯片上的MOSFET為四端元件,所以除了柵極、源極、漏極外,尚有一基極(Bulk或是Body)。MOSFET電路符號(hào)中,從通道往右延伸的箭號(hào)方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。箭頭方向永遠(yuǎn)從P端指向N端,所以箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET,或簡(jiǎn)稱PMOS( 此元件的通道為P型);反之若箭頭從基極指向通道,則 基極為P型,而通道為N型,此元件為N型的MOSFET,簡(jiǎn)稱NMOS。在一般分布式MOSFET元件(discrete device)中,通常把基極和源極接在一起,故分布式MOSFET通常為三端元件。而在集成電路中的MOSFET通常因?yàn)槭褂猛粋€(gè)基極(common bulk),所以不標(biāo)示出基極的極性,而在PMOS的柵極端多加一個(gè)圓圈以示區(qū)別(這是國(guó)外符號(hào),國(guó)標(biāo)符號(hào)見(jiàn)圖)。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。深圳低壓MOSFET技術(shù)參數(shù)
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 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)。模擬電路蘇州高壓MOSFET晶體管一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結(jié)構(gòu)。
單一MOSFET開(kāi)關(guān):當(dāng)NMOS用來(lái)做開(kāi)關(guān)時(shí),其基極接地,柵極為控制開(kāi)關(guān)的端點(diǎn)。當(dāng)柵極電壓減去源極電壓超過(guò)其導(dǎo)通的臨界電壓時(shí),此開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為導(dǎo)通。柵極電壓繼續(xù)升高,則NMOS能通過(guò)的電流就更大。NMOS做開(kāi)關(guān)時(shí)操作在線性區(qū),因?yàn)樵礃O與漏極的電壓在開(kāi)關(guān)為導(dǎo)通時(shí)會(huì)趨向一致。PMOS做開(kāi)關(guān)時(shí),其基極接至電路里電位高的地方,通常是電源。柵極的電壓比源極低、超過(guò)其臨界電壓時(shí),PMOS開(kāi)關(guān)會(huì)打開(kāi)。NMOS開(kāi)關(guān)能容許通過(guò)的電壓上限為(Vgate-Vthn),而PMOS開(kāi)關(guān)則為(Vgate+Vthp),這個(gè)值通常不是信號(hào)原本的電壓振幅,也就是說(shuō)單一MOSFET開(kāi)關(guān)會(huì)有讓信號(hào)振幅變小、信號(hào)失真的缺點(diǎn)。
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。微處理器運(yùn)算效能不斷提升,帶給深入研發(fā)新一代MOSFET更多的動(dòng)力。
柵極氧化層隨著MOSFET尺寸變小而越來(lái)越薄,主流的半導(dǎo)體制程中,甚至已經(jīng)做出厚度 有1.2納米的柵極氧化層,大約等于5個(gè)原子疊在一起的厚度而已。在這種尺度下,所有的物理現(xiàn)象都在量子力學(xué)所規(guī)范的世界內(nèi),例如電子的穿隧效應(yīng)(tunneling effect)。因?yàn)榇┧硇?yīng),有些電子有機(jī)會(huì)越過(guò)氧化層所形成的位能障壁(potential barrier)而產(chǎn)生漏電流,這也是 集成電路芯片功耗的來(lái)源之一。為了解決這個(gè)問(wèn)題,有一些介電常數(shù)比二氧化硅更高的物質(zhì)被用在柵極氧化層中。例如鉿(Hafnium)和鋯(Zirconium)的金屬氧化物(二氧化鉿、二氧化鋯)等高介電常數(shù)的物質(zhì)均能有效降低柵極漏電流。柵極氧化層的介電常數(shù)增加后,柵極的厚度便能增加而維持一樣的電容大小。而較厚的柵極氧化層又可以降低電子透過(guò)穿隧效應(yīng)穿過(guò)氧化層的機(jī)率,進(jìn)而降低漏電流。不過(guò)利用新材料制作的柵極氧化層也必須考慮其位能障壁的高度,因?yàn)檫@些新材料的傳導(dǎo)帶(conduction band)和價(jià)帶(valence band)和半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶與價(jià)帶的差距比二氧化硅?。ǘ趸璧膫鲗?dǎo)帶和硅之間的高度差約為8ev),所以仍然有可能導(dǎo)致柵極漏電流出現(xiàn)。MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的大優(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。高壓P管MOSFET晶體管
MOSFET的兩種類型通常又稱為NMOSFET與PMOSFET。深圳低壓MOSFET技術(shù)參數(shù)
MOSFET的 :金屬—氧化層—半導(dǎo)體電容金屬—氧化層—半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)MOSFET在結(jié)構(gòu)上以一個(gè)金屬—氧化層—半導(dǎo)體的電容為 (如前所述, 的MOSFET多半以多晶硅取代金屬作為其柵極材料),氧化層的材料多半是二氧化硅,其下是作為基極的硅,而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結(jié)構(gòu)正好等于一個(gè)電容器(capacitor),氧化層扮演電容器中介電質(zhì)(dielectric material)的角色,而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(shù)(dielectric constant)來(lái)決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個(gè)端點(diǎn)。深圳低壓MOSFET技術(shù)參數(shù)
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