MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類(lèi)型,但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管型號(hào)和增強(qiáng)型的P溝道MOS管型號(hào),所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。至于為什么不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問(wèn)底。對(duì)于這兩種增強(qiáng)型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小,且容易制造。所以開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中,一般都用NMOS。MOS管導(dǎo)通特性:導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān),相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng)),只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高級(jí)驅(qū)動(dòng))。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高級(jí)驅(qū)動(dòng),但由于導(dǎo)通電阻大,價(jià)格貴,替換種類(lèi)少等原因,在高級(jí)驅(qū)動(dòng)中,通常還是使用NMOS。數(shù)字電路對(duì)MOSFET的幫助:使得MOSFET操作速度越來(lái)越快,成為各種半導(dǎo)體主動(dòng)元件中較快的一種。西安P-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)
由于MOSFET是對(duì)稱(chēng)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(gè)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(gè)電池,該電壓稱(chēng)為Vds,因?yàn)樗橛诼O和源極之間。電池的正極增加了漏極端子處的電勢(shì),從而增加了漏極和基板之間的耗盡區(qū),因此不會(huì)有電流從漏極流到源極,這時(shí)候MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài),這也稱(chēng)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(gè)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(gè)小電壓源。電池正端與柵極相連,該電壓稱(chēng)為Vgs,因?yàn)樗橛跂艠O和源極之間,襯底是p型半導(dǎo)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(chǎng),由于該場(chǎng)襯底中的電子與電場(chǎng)相反地流動(dòng),即流向柵極,由于存在絕緣體,這些電子無(wú)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(huì)阻擋電子,還會(huì)增加電子上的電荷,從而吸引更多的電子。太倉(cāng)N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)MOSFET電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。
柵極氧化層漏電流增加?xùn)艠O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。
MOSFET也被稱(chēng)為電壓控制器件,因?yàn)闁艠O的電壓量控制著電流從漏極到源極的流動(dòng)。同樣,沒(méi)有電流從柵極流出。還有另一種稱(chēng)為耗盡型的MOSFET。除了在摻雜時(shí)也形成溝道以外,與增強(qiáng)型相似,即,默認(rèn)情況下,耗盡型存在由增強(qiáng)型的柵極電壓形成的溝道,所有其他工作原理都相同,不同的是,耗盡型需要一個(gè)負(fù)柵極電壓來(lái)關(guān)閉它,它通常打開(kāi)(常閉),而增強(qiáng)型通常關(guān)閉(常開(kāi))。每個(gè)電路符號(hào)均有四個(gè)端子,即源極,柵極,漏極和襯底,其中,源極和襯底內(nèi)部連接。如果箭頭指向襯底,則其N(xiāo)溝道或電子流向柵極以形成N溝道,否則,其P溝道或電子從柵極流走以形成P溝道。雙柵極MOSFET通常用在射頻集成電路,這種MOSFET的兩個(gè)柵極都可以控制電流大小。
功率MOSFET參數(shù)介紹:EAS-單脈沖雪崩擊穿能量,如果電壓過(guò)沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過(guò)擊穿電壓,則器件不會(huì)發(fā)生雪崩擊穿,因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。雪崩擊穿能量標(biāo)定了器件可以容忍的瞬時(shí)過(guò)沖電壓的安全值,其依賴于雪崩擊穿需要消散的能量。定義額定雪崩擊穿能量的器件通常也會(huì)定義額定EAS。額定雪崩擊穿能量與額定UIS具有相似的意義。EAS標(biāo)定了器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。L是電感值,iD為電感上流過(guò)的電流峰值,其會(huì)突然轉(zhuǎn)換為測(cè)量器件的漏極電流。電感上產(chǎn)生的電壓超過(guò)MOSFET擊穿電壓后,將導(dǎo)致雪崩擊穿。雪崩擊穿發(fā)生時(shí),即使 MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài),電感上的電流同樣會(huì)流過(guò)MOSFET器件。電感上所儲(chǔ)存的能量與雜散電感上存儲(chǔ),由MOSFET消散的能量類(lèi)似。MOSFET并聯(lián)后,不同器件之間的擊穿電壓很難完全相同。通常情況是:某個(gè)器件率先發(fā)生雪崩擊穿,隨后所有的雪崩擊穿電流(能量)都從該器件流過(guò)。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。無(wú)錫高壓MOSFET定制
為什么MOSFET的尺寸能越小越好?西安P-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)
MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū))。電力 MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。動(dòng)態(tài)特性:td(on)導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間——導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間是從當(dāng)柵源電壓上升到10%柵驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)到漏電流升到規(guī)定電流的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。tr上升時(shí)間——上升時(shí)間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān),UGS達(dá)到UGSP后,在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài),但iD已不變。西安P-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)
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