選擇正確的MOSFET的方式:計算導通損耗,MOSFET器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算,由于導通電阻隨溫度變化,因此功率耗損也會隨之按比例變化。對便攜式設計來說,采用較低的電壓比較容易 (較為普遍),而對于工業設計,可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。計算系統的散熱要求,設計人員必須考慮兩種不同的情況,即壞情況和真實情況。建議采用針對壞情況的計算結果,因為這 個結果提供更大的安全余量,能確保系統不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據;比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻,以及大的結溫。開關損耗其實也是一個很重要的指標。導通瞬間...
金屬—氧化層—半導體結構MOSFET在結構上以一個金屬—氧化層—半導體的電容為 (如前所述, 的MOSFET多半以多晶硅取代金屬作為其柵極材料),氧化層的材料多半是二氧化硅,其下是作為基極的硅,而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結構正好等于一個電容器(capacitor),氧化層扮演電容器中介電質(dielectric material)的角色,而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(dielectric constant)來決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個端點。當一個電壓施加在MOS電容的兩端時,半導體的電荷分布也會跟著改變。考慮一個P型的半導體(空穴濃度為NA)形成的...
當芯片上的晶體管數量大幅增加后,有一個無法避免的問題也跟著發生了,那就是芯片的發熱量也大幅增加。一般的集成電路元件在高溫下操作可能會導致切換速度受到影響,或是導致可靠度與壽命的問題。在一些發熱量非常高的集成電路芯片如微處理器,需要使用外加的散熱系統來緩和這個問題。在功率晶體管(Power MOSFET)的領域里,通道電阻常常會因為溫度升高而跟著增加,這樣也使得在元件中pn-接面(pn-junction)導致的功率損耗增加。假設外置的散熱系統無法讓功率晶體管的溫度保持在夠低的水平,很有可能讓這些功率晶體管遭到熱破壞(thermal runaway)的命運。MOSFET本身的操作速度越來越快,幾乎...
截止:漏源極間加正電源,柵源極間電壓為零。P基區與N漂移區之間形成的PN結J1反偏,漏源極之間無電流流過。導電: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區中的空穴推開,而將P區中的少子—電子吸引到柵極下面的P區表面當UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時,柵極下P區表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導體反型成N型而成為反型層,該反型層形成N溝道而使PN結J1消失,漏極和源極導電。值得一提的是采用平面式結構的功率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在飽和區的特性比垂直結構的MOSFET更好。垂...
MOSFET開關基礎知識:一般來講,三極管是電流驅動的,MOSFET是電壓驅動的,這樣也可以節省系統功耗吧,在做開關管時有一個必須注意的事項就是輸入和輸入兩端間的管壓降問題,比如一個5V的電源,經過管子后可能變為了4.5V,這時候要考慮負載能不能接受了,類似的問題還有在使用二極管的時候(尤其是做電壓反接保護時)也要注意管子的壓降問題。MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系,使用者無法降低Cin, 但可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數,加快開關速度,MOSFET只靠多子導電,不存在少子儲存效應,因而關斷過程非常迅速,開關時間在10— 100ns之間,工作頻率可達100kHz以上,是主要電...
MOSFET的柵極材料有哪些? 理論上MOSFET的柵極應該盡可能選擇電性良好的導體,多晶硅在經過重摻雜之后的導電性可以用在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:硅—二氧化硅接面經過多年的研究,已經證實這兩種材料之間的缺陷(defect)是相對而言比較少的。反之,金屬—絕緣體接面的缺陷多,容易在兩者之間形成很多表面能階,大為影響元件的特性。 多晶硅的融點比大多數的金屬高,而在現代的半導體制程中習慣在高溫下沉積柵極材料以增進元件效能。金屬的融點低,將會影響制程所能使用的溫度上限。我們所說的MOSFET,指的是什么?南通高壓MOSFET開關管一個NMOS晶...
MOSFET溝道的選擇,為設計選擇正確器件的第1步是決定采用N溝道還是P溝道 MOSFET.在典型的功率應用中,當一個MOSFET接地,而負載連接到干線電壓上時,該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中,應采用N溝 道MOSFET,這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET連接到總線及負載接地時,就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道 MOSFET,這也是出于對電壓驅動的考慮。電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。根據實踐經驗,額定電壓應當大于干線電壓或 總線電壓。這樣才能提供足夠的保護,使MOSFET不會失效。就選擇MOSFET而言,必須確定漏極至源極...
MOSFET的重點參數:金屬—氧化層—半導體電容。金屬—氧化層—半導體結構MOSFET在結構上以一個金屬—氧化層—半導體的電容為重點,氧化層的材料多半是二氧化硅,其下是作為基極的硅,而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結構正好等于一個電容器(capacitor),氧化層扮演電容器中介電質(dielectric material)的角色,而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(dielectric constant)來決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個端點。當一個電壓施加在MOS電容的兩端時,半導體的電荷分布也會跟著改變。考慮一個P型的半導體(空穴濃度為NA)形成的MOS電容,...
MOSFET的柵極材料有哪些? 理論上MOSFET的柵極應該盡可能選擇電性良好的導體,多晶硅在經過重摻雜之后的導電性可以用在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:硅—二氧化硅接面經過多年的研究,已經證實這兩種材料之間的缺陷(defect)是相對而言比較少的。反之,金屬—絕緣體接面的缺陷多,容易在兩者之間形成很多表面能階,大為影響元件的特性。 多晶硅的融點比大多數的金屬高,而在現代的半導體制程中習慣在高溫下沉積柵極材料以增進元件效能。金屬的融點低,將會影響制程所能使用的溫度上限。MOSFET熱穩定性優于GTR。蘇州低壓P管MOSFET失效分析一個NMOS...
MOSFET的相關知識介紹:Power MOSFET全稱功率場效應晶體管。它的三個極分別是源極(S)、漏極(D)和柵極(G)。主要優點:熱穩定性好、安全工作區大。缺點: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)相結合的產物。它的三個極分別是集電極(C)、發射極(E)和柵極(G)。特點:擊穿電壓可達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250kVA以上,工作頻率可達20kHz。MOSFET的臨界電壓主要由柵極與通道材料的功函數之間的差異來決定。無錫DUAL P-CHANNELMOSFET技術參數功率MO...
MOSFET的應用:數字科技的進步,如微處理器運算效能不斷提升,帶給深入研發新一代MOSFET更多的動力,這也使得MOSFET本身的操作速度越來越快,幾乎成為各種半導體主動元件中極快的一種。MOSFET在數字信號處理上較主要的成功來自CMOS邏輯電路的發明,這種結構的好處是理論上不會有靜態的功率損耗,只有在邏輯門(logic gate)的切換動作時才有電流通過。CMOS邏輯門較基本的成員是CMOS反相器(inverter),而所有CMOS邏輯門的基本操作都如同反相器一樣,在邏輯轉換的瞬間同一時間內必定只有一種晶體管(NMOS或是PMOS)處在導通的狀態下,另一種必定是截止狀態,這使得從電源端到...
如何區分MOSFET是N溝道還是P溝道?場效應晶體管是金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的簡稱,它是現代電子產品的基本組成部分。MOSFET由諸如硅的半導體材料制成,半導體在導體和絕緣體之間具有導電性。為了使半導體成為良好的導體,會在純晶體中引入兩種類型的雜質,如果雜質是五價的,則所得的半導體為n型。在n型電子中,大多數電荷載流子。如果雜質是三價的,那么所得的半導體是p型的。在p型孔中,大多數電荷載流子。MOSFET有兩種類型:增強型和耗盡型,這兩種類型都進一步分為:N通道和P通道。MOSFET的面積越小,制造芯片的成本就可以降低。南通高壓P管MOSFET技術參數由于MOSFET是對...
MOSFET的應用廣,隨著MOSFET技術的不斷演進,CMOS技術也已經可以符合很多模擬電路的規格需求。再加上MOSFET因為結構的關系,沒有BJT的一些致命缺點,如熱破壞(thermal runaway)。另外,MOSFET在線性區的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來取代傳統的多晶硅電阻(poly resistor),或是MOS電容本身可以用來取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容(PIP capacitor),甚至在適當的電路控制下可以表現出電感(inductor)的特性,這些好處都是BJT很難提供的。也就是說,MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外,也可以用來作為模擬電路中大量使用的被動元件...
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET),而IGFET的柵極絕緣層有可能是其他物質而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場效晶體管元件時比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。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 有數十至數百埃(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可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride,SiON)做為氧化層...
上海光宇睿芯微電子有限公司座落于上海浦東張江高科技園區內對這個NMOS而言,真正用來作為通道、讓載流子通過的只有MOS電容正下方半導體的表面區域。當一個正電壓施加在柵極上,帶負電的電子就會被吸引至表面,形成通道,讓N型半導體的多數載流子—電子可以從源極流向漏極。如果這個電壓被移除,或是放上一個負電壓,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。假設操作的對象換成PMOS,那么源極與漏極為P型、基體則是N型。在PMOS的柵極上施加負電壓,則半導體上的空穴會被吸引到表面形成通道,半導體的多數載流子—空穴則可以從源極流向漏極。假設這個負電壓被移除,或是加上正電壓,那么通道無法形成,一樣無法...
常用于MOSFET的電路符號有很多種變化,較常見的設計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。有時也會將表明通道的直線以破折線代替,以區分增強型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。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...
雙重MOSFET(CMOS)開關:為了改善單一MOSFET開關造成信號失真的缺點,于是使用一個PMOS加上一個NMOS的CMOS開關成為普遍的做法。CMOS開關將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的傳統接法相同。當輸入電壓在(VDD-Vthn)和(VSS+Vthp)時,PMOS與NMOS都導通,而輸入小于(VSS+Vthp)時,只有NMOS導通,輸入大于(VDD-Vthn)時只有PMOS導通。這樣做的好處是在大部分的輸入電壓下,PMOS與NMOS皆同時導通,如果任一邊的導通電阻上升,則另一邊的導通電阻就會下降,所以開關的電阻幾乎可以保持定值,減少信...
高壓MOSFET原理與性能分析:在功率半導體器件中,MOSFET以高速、低開關損耗、低驅動損耗在各種功率變換,特別是高頻功率變換中起著重要作用。在低壓領域,MOSFET沒有競爭對手,但隨著MOS的耐壓提高,導通電阻隨之以2.4-2.6次方增長,其增長速度使MOSFET制造者和應用者不得不以數十倍的幅度降低額定電流,以 折中額定電流、導通電阻和成本之間的矛盾。即便如此,高壓MOSFET在額定結溫下的導通電阻產生的導通壓降仍居高不下,耐壓500V以上的MOSFET 的額定結溫、額定電流條件下的導通電壓很高,耐壓800V以上的導通電壓高得驚人,導通損耗占MOSFET總損耗的2/3-4/5,使應用受到...
常見的N溝道增強型MOSFET的基本結構圖。為了改善某些參數的特性,如提高工作電流、提高工作電壓、降低導通電阻、提高開關特性等有不同的結構及工藝,構成所謂VMOS、DMOS、TMOS等結構。雖然有不同的結構,但其工作原理是相同的,這里就不一一介紹了。要使增強型N溝道MOSFET工作,要在G、S之間加正電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS,則產生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。若先不接VGS(即VGS=0),在D與S極之間加一正電壓VDS,漏極D與襯底之間的PN結處于反向,因此漏源之間不能導電。我們所說的MOSFET,指的是什么?張家港高壓P管MOSFET定制MOSFET...
MOSFET常常用在頻率較高的場合。開關損耗在頻率提高時愈來愈占主要位置。降低柵電荷,可有效降低開關損耗。為了降低柵電荷,從減小電容的角度很容易理解在制造上應采取的措施。為減小電容,增加絕緣層厚度(在這兒是增加氧化層厚度)當然是措施之一。減低電容板一側的所需電荷(現在是降低溝道區的攙雜濃度)也是一個相似的措施。此外,就需要縮小電容板的面積,這也就是要減小柵極面積。縮小原胞面積增加原胞密度從單個原胞來看,似乎可以縮小多晶層的寬度,但從整體來講,其總的柵極覆蓋面積實際上是增加的。從這一點來看,增加原胞密度和減小電容有一定的矛盾。MOSFET作為開關時源極與漏極的分別和其他應用是不相同的,信號從MO...
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,因此不會有電流從漏極流到源極,這時候MOSFET處于截止狀態,這也稱為截止區域。現在,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...
MOS電容的特性決定了MOSFET的操作特性,但是一個完整的MOSFET結構還需要一個提供多數載流子(majority carrier)的源極以及接受這些多數載流子的漏極。當一個電壓施加在MOS電容的兩端時,半導體的電荷分布也會跟著改變。考慮一個P型的半導體(空穴濃度為NA)形成的MOS電容,當一個正的電壓VGB施加在柵極與基極端時,空穴的濃度會減少,電子的濃度會增加。當VGB夠強時,接近柵極端的電子濃度會超過空穴。這個在P型半導體中,電子濃度(帶負電荷)超過空穴(帶正電荷)濃度的區域,便是所謂的反轉層(inversion layer)。MOSFET的使用應該注意什么事項?張家港低壓MOSFE...
為何要把MOSFET的尺寸縮小基于以下幾個理由,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會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因為上面兩個因素加總而變快。第三個理...
MOSFET在數字電路上應用的大優勢是對直流信號而言,MOSFET的柵極端阻抗為無限大(等效于開路),也就是理論上不會有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點,而是完全由電壓控制柵極的形式。這讓MOSFET和他們較主要的競爭對手BJT相較之下更為省電,而且也更易于驅動。在CMOS邏輯電路里,除了負責驅動芯片外負載(off-chip load)的驅動器(driver)外,每一級的邏輯門都只要面對同樣是MOSFET的柵極,如此一來較不需考慮邏輯門本身的驅動力。相較之下,BJT的邏輯電路(例如較常見的TTL)就沒有這些優勢。MOSFET的柵極輸入電阻無限大對于電路設計工程師而言亦有其他優點,例...
MOSFET的重要部位:金屬—氧化層—半導體電容,金屬—氧化層—半導體結構MOSFET在結構上以一個金屬—氧化層—半導體的電容為重要,氧化層的材料多半是二氧化硅,其下是作為基極的硅,而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結構正好等于一個電容器(capacitor),氧化層扮演電容器中介電質(dielectric material)的角色,而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(dielectric constant)來決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個端點。MOSFET另外又分為NMOSFET和PMOSFET兩種類型。杭州高壓N管MOSFET晶體管模擬電路有一段時間,MOSFE...
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET),而IGFET的柵極絕緣層有可能是其他物質而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場效晶體管元件時比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。MOSFET里的氧化層位于其通道上方,依照其操作電壓的不同,這層氧化物的厚度至少有數十至數百埃(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可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride,SiON)做為氧化...
功率MOSFET的基本特性:漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系稱為MOSFET的轉移特性,ID較大時,ID與UGS的關系近似線性,曲線的斜率定義為跨導Gfs。MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(對應于GTR的截止區);飽和區(對應于GTR的放大區);非飽和區(對應于GTR的飽和區)。電力 MOSFET工作在開關狀態,即在截止區和非飽和區之間來回轉換。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的通態電阻具有正溫度系數,對器件并聯時的均流有利。MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”。張家港高壓P管MOSFET封裝與常規MOSFET...
MOSFET工作原理:要使增強型N溝道MOSFET工作,要在G、S之間加正電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS,則產生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。若先不接VGS(即VGS=0),在D與S極之間加一正電壓VDS,漏極D與襯底之間的PN結處于反向,因此漏源之間不能導電。如果在柵極G與源極S之間加一電壓VGS。此時可以將柵極與襯底看作電容器的兩個極板,而氧化物絕緣層作為電容器的介質。當加上VGS時,在絕緣層和柵極界面上感應出正電荷,而在絕緣層和P型襯底界面上感應出負電荷。這層感應的負電荷和P型襯底中的多數載流子(空穴)的極性相反,所以稱為“反型層”,這反型層有可能將漏與源...
MOSFET計算系統的散熱要求,設計人員必須考慮兩種不同的情況,即較壞情況和真實情況。建議采用針對較壞情況的計算結果,因為這 個結果提供更大的安全余量,能確保系統不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據;比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻,以及較 大的結溫。開關損耗其實也是一個很重要的指標。導通瞬間的電壓電流乘積相當大,一定程度上決定了器件的開關性能。不過,如果系統對開關性能要求比較高,可以選擇柵極電荷QG比較小的功率MOSFET。在MOSFET器件應用時必須掌握在應用中如何保護器件,不使器件在瞬態變化中受損害。上海DUAL N-CHANNELMOSFET失效分析當VG...
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,一種過去沒有發現的現象也隨之產生,這種現象稱為“多晶硅耗盡”。當MOSFET的反轉層形成時,有多晶硅耗盡現象的MOSFET柵極多晶硅靠近氧化層處,會出現一個耗盡層(depletion layer),影響MOSFET導通的特性。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物質形成的氧化層一起構成MOS電容。另外一種解決方案是將多晶硅完...