南通高壓N管MOSFET失效分析

來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-06-24

MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)很多,包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù),但一般使用時(shí)關(guān)注以下主要參數(shù):1、IDSS—飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中,柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流。2、UP—夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中,使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。3、UT—開啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中,使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。4、gM—跨導(dǎo)。是表示柵源電壓UGS—對(duì)漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。MOSFET本身的操作速度越來越快,幾乎成為各種半導(dǎo)體主動(dòng)元件中極快的一種。南通高壓N管MOSFET失效分析

MOSFET的尺寸縮小后出現(xiàn)的困難把MOSFET的尺寸縮小到一微米以下對(duì)于半導(dǎo)體制程而言是個(gè)挑戰(zhàn),不過新挑戰(zhàn)多半來自尺寸越來越小的MOSFET元件所帶來過去不曾出現(xiàn)的物理效應(yīng)。次臨限傳導(dǎo)由于MOSFET柵極氧化層的厚度也不斷減少,所以柵極電壓的上限也隨之變少,以免過大的電壓造成柵極氧化層崩潰(breakdown)。為了維持同樣的性能,MOSFET的臨界電壓也必須降低,但是這也造成了MOSFET越來越難以完全關(guān)閉。也就是說,足以造成MOSFET通道區(qū)發(fā)生弱反轉(zhuǎn)的柵極電壓會(huì)比從前更低,于是所謂的次臨限電流(subthreshold current)造成的問題會(huì)比過去更嚴(yán)重,特別是 的集成電路芯片所含有的晶體管數(shù)量劇增,在某些VLSI的芯片,次臨限傳導(dǎo)造成的功率消耗竟然占了總功率消耗的一半以上。低壓MOSFET價(jià)格Eoss,輸出容能量,表示輸出電容Coss在MOSFET存儲(chǔ)的能量大小。

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(wú)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(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)。

MOSFET的結(jié)構(gòu):用一塊P型硅半導(dǎo)體材料作襯底,在其面上擴(kuò)散了兩個(gè)N型區(qū),再在上面覆蓋一層二氧化硅(SiO2)絕緣層,在N區(qū)上方用腐蝕的方法做成兩個(gè)孔,用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個(gè)孔內(nèi)做成三個(gè)電極:G(柵極)、S(源極)及D(漏極),出柵極G與漏極D及源極S是絕緣的,D與S之間有兩個(gè)PN結(jié)。一般情況下,襯底與源極在內(nèi)部連接在一起,這樣,相當(dāng)于D與S之間有一個(gè)PN結(jié)。常見的N溝道增強(qiáng)型MOSFET的基本結(jié)構(gòu)圖。為了改善某些參數(shù)的特性,如提高工作電流、提高工作電壓、降低導(dǎo)通電阻、提高開關(guān)特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝,構(gòu)成所謂VMOS、DMOS、TMOS等結(jié)構(gòu)。雖然有不同的結(jié)構(gòu),但其工作原理是相同的。常見的MOSFET技術(shù)有:雙柵極MOSFET。

功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)通常要求:觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度;②開通時(shí)以低電阻力柵極電容充電,關(guān)斷時(shí)為柵極提供低 電阻放電回路,以提高功率MOSFET的開關(guān)速度;③為了使功率MOSFET可靠觸發(fā)導(dǎo)通,觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)高于管子的開啟電壓,為了防止誤導(dǎo)通,在其截止 時(shí)應(yīng)提供負(fù)的柵源電壓;④功率開關(guān)管開關(guān)時(shí)所需驅(qū)動(dòng)電流為柵極電容的充放電電流,功率管極間電容越大,所需電流越大,即帶負(fù)載能力越大。功率MOSFET屬于電壓型控制器件,只要柵極和源極之間施加的電壓超過其閥值電壓就會(huì)導(dǎo)通。由于MOSFET存在結(jié)電容,關(guān)斷時(shí)其漏源兩端電壓的突然上升將會(huì)通過結(jié)電容在柵源兩端產(chǎn)生干擾電壓。常用的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷回路阻抗小,關(guān)斷速度較快,但它不能提供負(fù)壓,故抗干擾性較差。為了提高電路的抗干 擾性,可在此種驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上增加一級(jí)有V1、V2、R組成的電路,產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓。在一般分布式MOSFET元件中,通常把基極和源極接在一起,故分布式MOSFET通常為三端元件。杭州低壓P管MOSFET型號(hào)

MOSFET主要參數(shù):飽和漏源電流、夾斷電壓、開啟電壓。南通高壓N管MOSFET失效分析

MOSFET在1960年由貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell Lab.)的D. Kahng和 Martin Atalla 實(shí)作成功,這種元件的操作原理和1947年蕭克萊(William Shockley)等人發(fā)明的雙載流子結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor,BJT)截然不同,且因?yàn)橹圃斐杀镜土c使用面積較小、高整合度的優(yōu)勢(shì),在大型集成電路(Large-Scale Integrated Circuits,LSI)或是超大型集成電路(Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI)的領(lǐng)域里,重要性遠(yuǎn)超過BJT。由于MOSFET元件的性能逐漸提升,除了傳統(tǒng)上應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位信號(hào)處理的場(chǎng)合上,也有越來越多模擬信號(hào)處理的集成電路可以用MOSFET來實(shí)現(xiàn),以下分別介紹這些應(yīng)用。南通高壓N管MOSFET失效分析

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