MOSFET里的氧化層位于其通道上方,依照其操作電壓的不同,這層氧化物的厚度單有數(shù)十至數(shù)百埃(Å)不等,通常材料是二氧化硅(silicon dioxide,SiO2),不過有些新的進階制程已經(jīng)可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride,SiON)做為氧化層之用。當一個夠大的電位差施于MOSFET的柵極與源極(source)之間時,電場會在氧化層下方的半導(dǎo)體表面形成感應(yīng)電荷,而這時所謂的“反型層”(inversion channel)就會形成。通道的極性與其漏極(drain)與源極相同,假設(shè)漏極和源極是N型,那么通道也會是N型。通道形成后,MOSFET即可讓電流通過,而依據(jù)施于柵極的電壓值不同,可由MOSFET的通道流過的電流大小亦會受其控制而改變。MOSFET結(jié)構(gòu):為了改善某些參數(shù)的特性,如提高工作電流、提高工作電壓特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝。上海DUAL N-CHANNELMOSFET技術(shù)參數(shù)
當MOSFET的尺寸縮的非常小、柵極氧化層也變得非常薄時,例如編輯此文時 制程可以把氧化層縮到一納米左右的厚度,一種過去沒有發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象也隨之產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為“多晶硅耗盡”。當MOSFET的反轉(zhuǎn)層形成時,有多晶硅耗盡現(xiàn)象的MOSFET柵極多晶硅靠近氧化層處,會出現(xiàn)一個耗盡層(depletion layer),影響MOSFET導(dǎo)通的特性。要解決這種問題,金屬柵極是 的方案。可行的材料包括鉭(Tantalum)、鎢、氮化鉭(Tantalum Nitride),或是氮化鈦(Titalium Nitride)。這些金屬柵極通常和高介電常數(shù)物質(zhì)形成的氧化層一起構(gòu)成MOS電容。另外一種解決方案是將多晶硅完全的合金化,稱為FUSI(FUlly-SIlicide polysilicon gate)制程。南通高壓P管MOSFET晶體管MOSFET較大的應(yīng)用是在“常閉型”的開關(guān),而相對的,加強式MOSFET則用在“常開型”的開關(guān)上。
功率MOSFET的工作原理:截止:漏源極間加正電源,柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏,漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開,而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面,當UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時,柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層,該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失,漏極和源極導(dǎo)電。值得一提的是采用平面式結(jié)構(gòu)的功率MOSFET也并非不存在,這類元件主要用在高級的音響放大器中。平面式的功率MOSFET在飽和區(qū)的特性比垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET更好。垂直式功率MOSFET則取其導(dǎo)通電阻(turn-on resistance)非常小的優(yōu)點,多半用來做開關(guān)切換之用。
常見的MOSFET設(shè)計是以一條直線 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。有時也會將 通道的直線以破折線代替,以區(qū)分增強型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電路符號中,從通道往右延伸的箭號方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。箭頭方向永遠從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通常因為使用同一個基極(common bulk),所以不標示出基極的極性,而在PMOS的柵極端多加一個圓圈以示區(qū)別(這是國外符號,國標符號見圖)。一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結(jié)構(gòu)。
多晶硅導(dǎo)電性不如金屬,限制了信號傳遞的速度。雖然可以利用摻雜的方式改善其導(dǎo)電性,但成效仍然有限。有些融點比較高的金屬材料如:鎢(Tungsten)、鈦(Titanium)、鈷(Cobalt)或是鎳(Nickel)被用來和多晶硅制成合金。這類混合材料通常稱為金屬硅化物(silicide)。加上了金屬硅化物的多晶硅柵極有著比較好的導(dǎo)電特性,而且又能夠耐受高溫制程。此外因為金屬硅化物的位置是在柵極表面,離通道區(qū)較遠,所以也不會對MOSFET的臨界電壓造成太大影響。在柵極、源極與漏極都鍍上金屬硅化物的制程稱為“自我對準金屬硅化物制程”(Self-Aligned Silicide),通常簡稱salicide制程。⒉ 當MOSFET的尺寸縮的非常小、柵極氧化層也變得非常薄時,例如編輯此文時 制程可以把氧化層縮到一納米左右的厚度,一種過去沒有發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象也隨之產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為“多晶硅耗盡”。當MOSFET的反轉(zhuǎn)層形成時,有多晶硅耗盡現(xiàn)象的MOSFET柵極多晶硅靠近氧化層處,會出現(xiàn)一個耗盡層(depletion layer),影響MOSFET導(dǎo)通的特性。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料。上海DUAL N-CHANNELMOSFET技術(shù)參數(shù)
理論上MOSFET的柵極應(yīng)該盡可能選擇電性良好的導(dǎo)體。上海DUAL N-CHANNELMOSFET技術(shù)參數(shù)
雙重MOSFET(CMOS)開關(guān)為了改善前述單一MOSFET開關(guān)造成信號失真的缺點,于是使用一個PMOS加上一個NMOS的CMOS開關(guān)成為 普遍的做法。CMOS開關(guān)將PMOS與NMOS的源極與漏極分別連接在一起,而基極的接法則和NMOS與PMOS的傳統(tǒng)接法相同。當輸入電壓在(VDD-Vthn)和(VSS+Vthp)時,PMOS與NMOS都導(dǎo)通,而輸入小于(VSS+Vthp)時,只有NMOS導(dǎo)通,輸入大于(VDD-Vthn)時只有PMOS導(dǎo)通。這樣做的好處是在大部分的輸入電壓下,PMOS與NMOS皆同時導(dǎo)通,如果任一邊的導(dǎo)通電阻上升,則另一邊的導(dǎo)通電阻就會下降,所以開關(guān)的電阻幾乎可以保持定值,減少信號失真。上海DUAL N-CHANNELMOSFET技術(shù)參數(shù)
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