單一MOSFET開關當NMOS用來做開關時,其基極接地,柵極為控制開關的端點。當柵極電壓減去源極電壓超過其導通的臨界電壓時,此開關的狀態為導通。柵極電壓繼續升高,則NMOS能通過的電流就更大。NMOS做開關時操作在線性區,因為源極與漏極的電壓在開關為導通時會趨向一致。PMOS做開關時,其基極接至電路里電位 的地方,通常是電源。柵極的電壓比源極低、超過其臨界電壓時,PMOS開關會打開。NMOS開關能容許通過的電壓上限為(Vgate-Vthn),而PMOS開關則為(Vgate+Vthp),這個值通常不是信號原本的電壓振幅,也就是說單一MOSFET開關會有讓信號振幅變小、信號失真的缺點。理論上MOSFET的柵極應該盡可能選擇電性良好的導體。西安高壓N管MOSFET封裝
MOSFET金屬-氧化物半導體場效應晶體管,簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一種可以普遍使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”(工作載流子)的極性不同,可分為“N型”與“P型” 的兩種類型,通常又稱為NMOSFET與PMOSFET,其他簡稱上包括NMOS、PMOS等。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。高壓MOSFET設計在集成電路中的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。
不同耐壓的MOSFET,其導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 總導通電阻的29%,耐壓600V的MOSFET的外延層電阻則是總導通電阻的96.5%。由此可以推斷耐壓800V的MOSFET的導通電阻將幾乎被外 延層電阻占據。欲獲得高阻斷電壓,就必須采用高電阻率的外延層,并增厚。這就是常規高壓MOSFET結構所導致的高導通電阻的根本原因。增加管芯面積雖能降低導通電阻,但成本的提高所付出的代價是商業品所不允許的。引入少數載流子導電雖能降低導通壓降,但付出的代價是開關速度的降低并出現拖尾電流,開關損耗增加,失去了MOSFET的高速的優點。以上兩種辦法不能降低高壓MOSFET的導通電阻,所剩的思路就是如何將阻斷高電壓的低摻雜、高電阻率區域和導電通道的高摻雜、低電阻率分開解決。如除 導通時低摻雜的高耐壓外延層對導通電阻只能起增大作用外并無其他用途。這樣,是否可以將導電通道以高摻雜較低電阻率實現,而在MOSFET關斷時,設法使這個通道以某種方式夾斷,使整個器件耐壓單取決于低摻雜的N-外延層。
當VGS繼續增大,負電荷增加,導電溝道擴大,電阻降低,ID也隨之增加,并且呈較好線性關系,如圖3所示。此曲線稱為轉換特性。因此在一定范圍內可以認為,改變VGS來控制漏源之間的電阻,達到控制ID的作用。由于這種結構在VGS=0時,ID=0,稱這種MOSFET為增強型。另一類MOSFET,在VGS=0時也有一定的ID(稱為IDSS),這種MOSFET稱為耗盡型。它的結構如圖4所示,它的轉移特性如圖5所示。VP為夾斷電壓(ID=0)。耗盡型與增強型主要區別是在制造SiO2絕緣層中有大量的正離子,使在P型襯底的界面上感應出較多的負電荷,即在兩個N型區中間的P型硅內形成一N型硅薄層而形成一導電溝道,所以在VGS=0時,有VDS作用時也有一定的ID(IDSS);當VGS有電壓時(可以是正電壓或負電壓),改變感應的負電荷數量,從而改變ID的大小。VP為ID=0時的-VGS,稱為夾斷電壓。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。
功率MOSFET的設計過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。因為只有在漏極N區下的橫向電阻流過足夠電流為這個N區建立正偏的條件時,寄生的雙極性晶閘管才開始發難。然而在嚴峻的動態條件下,因du/dt 通過相應電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時這個寄生的雙極性晶體管就會起動,有可能給MOSFET帶來損壞。所以考慮瞬態性能時對功率MOSFET器件內部的各個電容(它是dv/dt的通道)都必須予以注意。瞬態情況是和線路情況密切相關的,這方面在應用中應給予足夠重視。對器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應的問題。MOSFET需要的驅動功率小,開關速度快,工作頻率高;杭州高壓N管MOSFET晶體管
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。西安高壓N管MOSFET封裝
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(passive device)。這樣的優點讓采用MOSFET實現模擬電路不但可以滿足規格上的需求,還可以有效縮小芯片的面積,降低生產成本。西安高壓N管MOSFET封裝
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