當(dāng)芯片上的晶體管數(shù)量大幅增加后,有一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題也跟著發(fā)生了,那就是芯片的發(fā)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(huì)導(dǎo)致切換速度受到影響,或是導(dǎo)致可靠度與壽命的問(wèn)題。在一些發(fā)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(tǒng)來(lái)緩和這個(gè)問(wèn)題。在功率晶體管(Power MOSFET)的領(lǐng)域里,通道電阻常常會(huì)因?yàn)闇囟壬叨黾樱@樣也使得在元件中pn-接面(pn-junction)導(dǎo)致的功率損耗增加。假設(shè)外置的散熱系統(tǒng)無(wú)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(yùn)。MOSFET本身的操作速度越來(lái)越快,幾乎成為各種半導(dǎo)體主動(dòng)元件中極快的一種。西安DUAL N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)
NMOS邏輯同樣驅(qū)動(dòng)能力的NMOS通常比PMOS所占用的面積小,因此如果只在邏輯門的設(shè)計(jì)上使用NMOS的話也能縮小芯片面積。不過(guò)NMOS邏輯雖然占的面積小,卻無(wú)法像CMOS邏輯一樣做到不消耗靜態(tài)功率,因此在1980年代中期后已經(jīng)漸漸退出市場(chǎng)。功率MOSFET功率晶體管單元的截面圖。通常一個(gè)市售的功率晶體管都包含了數(shù)千個(gè)這樣的單元。主條目:功率晶體管功率MOSFET和前述的MOSFET元件在結(jié)構(gòu)上就有著 的差異。一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結(jié)構(gòu),晶體管內(nèi)的各端點(diǎn)都離芯片表面只有幾個(gè)微米的距離。而所有的功率元件都是垂直式(vertical)的結(jié)構(gòu),讓元件可以同時(shí)承受高電壓與高電流的工作環(huán)境。一個(gè)功率MOSFET能耐受的電壓是雜質(zhì)摻雜濃度與N型磊晶層(epitaxial layer)厚度的函數(shù),而能通過(guò)的電流則和元件的通道寬度有關(guān),通道越寬則能容納越多電流。太倉(cāng)低壓P管MOSFET價(jià)格一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結(jié)構(gòu)。
常用于MOSFET的電路符號(hào)有很多種變化,較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)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(shí)也會(huì)將表明通道的直線以破折線代替,以區(qū)分增強(qiáng)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(hào)中,從通道往右延伸的箭號(hào)方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。箭頭方向永遠(yuǎn)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(jiǎn)稱PMOS(表明此元件的通道為P型);反之若箭頭從基極指向通道,則表明基極為P型,而通道為N型,此元件為N型的MOSFET,簡(jiǎn)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。
功率MOSFET的設(shè)計(jì)過(guò)程中采取措施使其中的寄生晶體管盡量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但總的原則是使漏極下的橫向電阻RB 盡量小。因?yàn)橹挥性诼ON區(qū)下的橫向電阻流過(guò)足夠電流為這個(gè)N區(qū)建立正偏的條件時(shí),寄生的雙極性晶閘管才開(kāi)始發(fā)難。然而在嚴(yán)峻的動(dòng)態(tài)條件下,因du/dt 通過(guò)相應(yīng)電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時(shí)這個(gè)寄生的雙極性晶體管就會(huì)起動(dòng),有可能給MOSFET帶來(lái)?yè)p壞。所以考慮瞬態(tài)性能時(shí)對(duì)功率MOSFET器件內(nèi)部的各個(gè)電容(它是dv/dt的通道)都必須予以注意。瞬態(tài)情況是和線路情況密切相關(guān)的,這方面在應(yīng)用中應(yīng)給予足夠重視。對(duì)器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應(yīng)的問(wèn)題。一個(gè)完整的MOSFET結(jié)構(gòu)需要一個(gè)提供多數(shù)載流子的源極以及接受這些多數(shù)載流子的漏極。
隨著MOSFET技術(shù)的不斷演進(jìn),現(xiàn)在的CMOS技術(shù)也已經(jīng)可以符合很多模擬電路的規(guī)格需求。再加上MOSFET因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的關(guān)系,沒(méi)有BJT的一些致命缺點(diǎn),如熱破壞(thermal runaway)。另外,MOSFET在線性區(qū)的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來(lái)取代傳統(tǒng)的多晶硅電阻(poly resistor),或是MOS電容本身可以用來(lái)取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容(PIP capacitor),甚至在適當(dāng)?shù)碾娐房刂葡驴梢员憩F(xiàn)出電感(inductor)的特性,這些好處都是BJT很難提供的。也就是說(shuō),MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外,也可以用來(lái)作為模擬電路中大量使用的被動(dòng)元件(passive device)。這樣的優(yōu)點(diǎn)讓采用MOSFET實(shí)現(xiàn)模擬電路不但可以滿足規(guī)格上的需求,還可以有效縮小芯片的面積,降低生產(chǎn)成本。MOSFET里的氧化層位于其通道上方。西安高壓N管MOSFET技術(shù)參數(shù)
MOSFET的重要部位有哪些?西安DUAL N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)
MOSFET的注意事項(xiàng)有哪些?應(yīng)該注意什么?MOSFET電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或 總線電壓。這樣才能提供足夠的保護(hù),使MOSFET不會(huì)失效。就選擇MOSFET而言,必須確定漏極至源極間可能承受的較大電壓,即較大VDS.設(shè)計(jì)工程 師需要考慮的其他安全因素包括由開(kāi)關(guān)電子設(shè)備(如電機(jī)或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定電壓也有所不同;通常,便攜式設(shè)備為20V、FPGA電源 為20~30V、85~220VAC應(yīng)用為450~600V。西安DUAL N-CHANNELMOSFET設(shè)計(jì)
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