隨半導體制造技術的進步,對于整合更多功能至單一芯片的需求也跟著大幅提升,此時用MOSFET設計模擬電路的一個優(yōu)點也隨之浮現(xiàn)。為了減少在印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)上使用的集成電路數(shù)量、減少封裝成本與縮小系統(tǒng)的體積,很多原本單獨的類比芯片與數(shù)位芯片被整合至同一個芯片內(nèi)。MOSFET原本在數(shù)位集成電路上就有很大的競爭優(yōu)勢,在類比集成電路上也大量采用MOSFET之后,把這兩種不同功能的電路整合起來的困難度也明顯的下降。另外像是某些混合信號電路(Mixed-signal circuits),如類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter,ADC),也得以利用MOSFET技術設計出效能更好的產(chǎn)品。常用于MOSFET的電路符號有很多種變化。張家港N-CHANNELMOSFET失效分析
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(chǎn)生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。如圖2所示。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(zhì)。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(shù)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的兩N型區(qū)連接起來形成導電溝道。當VGS電壓太低時,感應出來的負電荷較少,它將被P型襯底中的空穴中和,因此在這種情況時,漏源之間仍然無電流ID。當VGS增加到一定值時,其感應的負電荷把兩個分離的N區(qū)溝通形成N溝道,這個臨界電壓稱為開啟電壓(或稱閾值電壓、門限電壓),用符號VT表示(一般規(guī)定在ID=10uA時的VGS作為VT)。西安DUAL N-CHANNELMOSFET設計Power MOSFET全稱功率場效應晶體管。
MOSFET在1960年由貝爾實驗室(Bell Lab.)的D. Kahng和 Martin Atalla 實作成功,這種元件的操作原理和1947年蕭克萊(William Shockley)等人發(fā)明的雙載流子結型晶體管(Bipolar Junction Transistor,BJT)截然不同,且因為制造成本低廉與使用面積較小、高整合度的優(yōu)勢,在大型集成電路(Large-Scale Integrated Circuits,LSI)或是超大型集成電路(Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI)的領域里,重要性遠超過BJT。由于MOSFET元件的性能逐漸提升,除了傳統(tǒng)上應用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位信號處理的場合上,也有越來越多模擬信號處理的集成電路可以用MOSFET來實現(xiàn),以下分別介紹這些應用。
怎么選擇正確的MOSFET?1)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?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。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(qū)動的考慮。2)電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。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。設計工程師需要考慮的其他安全因素包括由開關電子設備(如電機或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也有所不同;通常,便攜式設備為20V、FPGA電源 為20~30V、85~220VAC應用為450~600V。在連續(xù)導通模式下,MOSFET處于穩(wěn)態(tài),此時電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件。一旦確定了這些條件下的電流,只需直接選擇能承受這個電流的器件便可。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MOSFET柵極以外的任一端進出。
MOSFET在數(shù)字電路上應用的大優(yōu)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(qū)動。在CMOS邏輯電路里,除了負責驅(qū)動芯片外負載(off-chip load)的驅(qū)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(qū)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(yōu)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(yōu)點,例如較不需考慮邏輯門輸出端的負載效應(loading effect)。我們所說的MOSFET,指的是什么?杭州高壓N管MOSFET開關管
MOSFET特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動電路簡單;張家港N-CHANNELMOSFET失效分析
MOSFET從截止狀態(tài)到完全導通狀態(tài),驅(qū)動電路所需提供的電荷,是一個用于評估MOSFET的驅(qū)動電路驅(qū)動能力的主要參數(shù)。 Id,漏極電流,漏極電流通常有幾種不同的描述方式。根據(jù)工作電流的形式有,連續(xù)漏級電流及一定脈寬的脈沖漏極電流(Pulsed drain current)。這個參數(shù)同樣是MOSFET的一個極限參數(shù),但此較大電流值并不表示在運行過程中漏極電流能夠達到這個值。它表示當殼溫在某一值時,如果MOSFET工作電流為上述較大漏極電流,則結溫會達到較大值。所以這個參數(shù)還跟器件封裝,環(huán)境溫度有關。張家港N-CHANNELMOSFET失效分析
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