MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管型號和增強型的P溝道MOS管型號,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,不建議刨根問底。對于這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達驅(qū)動的應用中,一般都用NMOS。MOS管導通特性:導通的意思是作為開關(guān),相當于開關(guān)閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅(qū)動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高級驅(qū)動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高級驅(qū)動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高級驅(qū)動中,通常還是使用NMOS。數(shù)字電路對MOSFET的幫助:使得MOSFET操作速度越來越快,成為各種半導體主動元件中較快的一種。西安P-CHANNELMOSFET設(shè)計
由于MOSFET是對稱的,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電池,該電壓稱為Vds,因為它介于漏極和源極之間。電池的正極增加了漏極端子處的電勢,從而增加了漏極和基板之間的耗盡區(qū),因此不會有電流從漏極流到源極,這時候MOSFET處于截止狀態(tài),這也稱為截止區(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小電壓源。電池正端與柵極相連,該電壓稱為Vgs,因為它介于柵極和源極之間,襯底是p型半導體,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,由于該場襯底中的電子與電場相反地流動,即流向柵極,由于存在絕緣體,這些電子無法從基板流向柵極,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)不單會阻擋電子,還會增加電子上的電荷,從而吸引更多的電子。太倉N-CHANNELMOSFET設(shè)計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柵極氧化層隨著MOSFET尺寸變小而越來越薄,主流的半導體制程中,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)象都在量子力學所規(guī)范的世界內(nèi),例如電子的穿隧效應(tunneling effect)。因為穿隧效應,有些電子有機會越過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源之一。為了解決這個問題,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也被稱為電壓控制器件,因為柵極的電壓量控制著電流從漏極到源極的流動。同樣,沒有電流從柵極流出。還有另一種稱為耗盡型的MOSFET。除了在摻雜時也形成溝道以外,與增強型相似,即,默認情況下,耗盡型存在由增強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,耗盡型需要一個負柵極電壓來關(guān)閉它,它通常打開(常閉),而增強型通常關(guān)閉(常開)。每個電路符號均有四個端子,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,如果電壓過沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過擊穿電壓,則器件不會發(fā)生雪崩擊穿,因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。雪崩擊穿能量標定了器件可以容忍的瞬時過沖電壓的安全值,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為電感上流過的電流峰值,其會突然轉(zhuǎn)換為測量器件的漏極電流。電感上產(chǎn)生的電壓超過MOSFET擊穿電壓后,將導致雪崩擊穿。雪崩擊穿發(fā)生時,即使 MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài),電感上的電流同樣會流過MOSFET器件。電感上所儲存的能量與雜散電感上存儲,由MOSFET消散的能量類似。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。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
MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對應于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對應于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對應于GTR的飽和區(qū))。電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(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器件導通。電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對器件并聯(lián)時的均流有利。動態(tài)特性:td(on)導通延時時間——導通延時時間是從當柵源電壓上升到10%柵驅(qū)動電壓時到漏電流升到規(guī)定電流的10%時所經(jīng)歷的時間。tr上升時間——上升時間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時間。iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān),UGS達到UGSP后,在up作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài),但iD已不變。西安P-CHANNELMOSFET設(shè)計
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