當(dāng)VGS繼續(xù)增大,負(fù)電荷增加,導(dǎo)電溝道擴(kuò)大,電阻降低,ID也隨之增加,并且呈較好線性關(guān)系,如圖3所示。此曲線稱為轉(zhuǎn)換特性。因此在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為,改變VGS來(lái)控制漏源之間的電阻,達(dá)到控制ID的作用。由于這種結(jié)構(gòu)在VGS=0時(shí),ID=0,稱這種MOSFET為增強(qiáng)型。另一類MOSFET,在VGS=0時(shí)也有一定的ID(稱為IDSS),這種MOSFET稱為耗盡型。它的結(jié)構(gòu)如圖4所示,它的轉(zhuǎn)移特性如圖5所示。VP為夾斷電壓(ID=0)。耗盡型與增強(qiáng)型主要區(qū)別是在制造SiO2絕緣層中有大量的正離子,使在P型襯底的界面上感應(yīng)出較多的負(fù)電荷,即在兩個(gè)N型區(qū)中間的P型硅內(nèi)形成一N型硅薄層而形成一導(dǎo)電溝道,所以在VGS=0時(shí),有VDS作用時(shí)也有一定的ID(IDSS);當(dāng)VGS有電壓時(shí)(可以是正電壓或負(fù)電壓),改變感應(yīng)的負(fù)電荷數(shù)量,從而改變ID的大小。VP為ID=0時(shí)的-VGS,稱為夾斷電壓。MOSFET電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。西安P-CHANNELMOSFET價(jià)格
不同耐壓的MOSFET,其導(dǎo)通電阻中各部分電阻比例分布也不同。如耐壓30V的MOSFET,其外延層電阻單為 總導(dǎo)通電阻的29%,耐壓600V的MOSFET的外延層電阻則是總導(dǎo)通電阻的96.5%。由此可以推斷耐壓800V的MOSFET的導(dǎo)通電阻將幾乎被外 延層電阻占據(jù)。欲獲得高阻斷電壓,就必須采用高電阻率的外延層,并增厚。這就是常規(guī)高壓MOSFET結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的高導(dǎo)通電阻的根本原因。增加管芯面積雖能降低導(dǎo)通電阻,但成本的提高所付出的代價(jià)是商業(yè)品所不允許的。引入少數(shù)載流子導(dǎo)電雖能降低導(dǎo)通壓降,但付出的代價(jià)是開(kāi)關(guān)速度的降低并出現(xiàn)拖尾電流,開(kāi)關(guān)損耗增加,失去了MOSFET的高速的優(yōu)點(diǎn)。以上兩種辦法不能降低高壓MOSFET的導(dǎo)通電阻,所剩的思路就是如何將阻斷高電壓的低摻雜、高電阻率區(qū)域和導(dǎo)電通道的高摻雜、低電阻率分開(kāi)解決。如除 導(dǎo)通時(shí)低摻雜的高耐壓外延層對(duì)導(dǎo)通電阻只能起增大作用外并無(wú)其他用途。這樣,是否可以將導(dǎo)電通道以高摻雜較低電阻率實(shí)現(xiàn),而在MOSFET關(guān)斷時(shí),設(shè)法使這個(gè)通道以某種方式夾斷,使整個(gè)器件耐壓?jiǎn)稳Q于低摻雜的N-外延層。廈門(mén)DUAL P-CHANNELMOSFET開(kāi)關(guān)管理論上MOSFET的柵極應(yīng)該盡可能選擇電性良好的導(dǎo)體。
為何要把MOSFET的尺寸縮???基于以下幾個(gè)理由,我們希望MOSFET的尺寸能越小越好。第1,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。
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。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料。
MOSFET在導(dǎo)通時(shí)的通道電阻低,而截止時(shí)的電阻近乎無(wú)限大,所以適合作為模擬信號(hào)的開(kāi)關(guān)(信號(hào)的能量不會(huì)因?yàn)殚_(kāi)關(guān)的電阻而損失太多)。MOSFET作為開(kāi)關(guān)時(shí),其源極與漏極的分別和其他的應(yīng)用是不太相同的,因?yàn)樾盘?hào)可以從MOSFET柵極以外的任一端進(jìn)出。對(duì)NMOS開(kāi)關(guān)而言,電壓較負(fù)的一端就是源極,PMOS則正好相反,電壓較正的一端是源極。MOSFET開(kāi)關(guān)能傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)受到其柵極—源極、柵極—漏極,以及漏極到源極的電壓限制,如果超過(guò)了電壓的上限可能會(huì)導(dǎo)致MOSFET燒毀。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。廈門(mén)DUAL P-CHANNELMOSFET開(kāi)關(guān)管
Vgs,柵源極較大驅(qū)動(dòng)電壓,這是MOSFET的一個(gè)極限參數(shù)。西安P-CHANNELMOSFET價(jià)格
過(guò)去數(shù)十年來(lái),MOSFET的尺寸不斷地變小。早期的集成電路MOSFET制程里,通道長(zhǎng)度約在幾個(gè)微米(micrometer)的等級(jí)。但是到了現(xiàn)在的集成電路制程,這個(gè)參數(shù)已經(jīng)縮小了幾十倍甚至超過(guò)一百倍。至90年代末,MOSFET尺寸不斷縮小,讓集成電路的效能大幅提升,而從歷史的角度來(lái)看,這些技術(shù)上的突破和半導(dǎo)體制程的進(jìn)步有著密不可分的關(guān)系。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。西安P-CHANNELMOSFET價(jià)格
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