N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)

來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-05-12

MOSFET的相關(guān)知識(shí)介紹:Power MOSFET全稱功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。它的三個(gè)極分別是源極(S)、漏極(D)和柵極(G)。主要優(yōu)點(diǎn):熱穩(wěn)定性好、安全工作區(qū)大。缺點(diǎn):擊穿電壓低,工作電流小。IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管,是MOSFET和GTR(功率晶管)相結(jié)合的產(chǎn)物。它的三個(gè)極分別是集電極(C)、發(fā)射極(E)和柵極(G)。特點(diǎn):擊穿電壓可達(dá)1200V,集電極較大飽和電流已超過1500A。由IGBT作為逆變器件的變頻器的容量達(dá)250kVA以上,工作頻率可達(dá)20kHz。MOSFET的注意事項(xiàng)有哪些?N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)

制程變異更難掌控現(xiàn)代的半導(dǎo)體制程工序復(fù)雜而繁多,任何一道制程都有可能造成集成電路芯片上的元件產(chǎn)生些微變異。當(dāng)MOSFET等元件越做越小,這些變異所占的比例就可能大幅提升,進(jìn)而影響電路設(shè)計(jì)者所預(yù)期的效能,這樣的變異讓電路設(shè)計(jì)者的工作變得更為困難。MOSFET的柵極材料 播報(bào)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:⒈ 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)來達(dá)成需求。反過來說,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。張家港低壓N+NMOSFET失效分析在MOSFET器件應(yīng)用時(shí)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。

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。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。

常用于MOSFET的電路符號(hào)有很多種變化,較常見的設(shè)計(jì)是以一條直線表明通道,兩條和通道垂直的線表明源極與漏極,左方和通道平行而且較短的線表明柵極,如下圖所示。有時(shí)也會(huì)將表明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。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(表明此元件的通道為P型);反之若箭頭從基極指向通道,則表明基極為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。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料。

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的柵極端阻抗為無限大(等效于開路),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(例如較常見的TTL)就沒有這些優(yōu)勢(shì)。MOSFET的柵極輸入電阻無限大對(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)。MOSFET特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單;太倉(cāng)DUAL P-CHANNELMOSFET失效分析

MOSFET應(yīng)用優(yōu)勢(shì):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。N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)

對(duì)這個(gè)NMOS而言,真正用來作為通道、讓載流子通過的只有MOS電容正下方半導(dǎo)體的表面區(qū)域。當(dāng)一個(gè)正電壓施加在柵極上,帶負(fù)電的電子就會(huì)被吸引至表面,形成通道,讓N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子—電子可以從源極流向漏極。如果這個(gè)電壓被移除,或是放上一個(gè)負(fù)電壓,那么通道就無法形成,載流子也無法在源極與漏極之間流動(dòng)。假設(shè)操作的對(duì)象換成PMOS,那么源極與漏極為P型、基體則是N型。在PMOS的柵極上施加負(fù)電壓,則半導(dǎo)體上的空穴會(huì)被吸引到表面形成通道,半導(dǎo)體的多數(shù)載流子—空穴則可以從源極流向漏極。假設(shè)這個(gè)負(fù)電壓被移除,或是加上正電壓,那么通道無法形成,一樣無法讓載流子在源極和漏極間流動(dòng)。特別要說明的是,源極在MOSFET里的意思是“提供多數(shù)載流子的來源”。對(duì)NMOS而言,多數(shù)載流子是電子;對(duì)PMOS而言,多數(shù)載流子是空穴。相對(duì)的,漏極就是接受多數(shù)載流子的端點(diǎn)。N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)

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