功率晶體管單元的截面圖。通常一個市售的功率晶體管都包含了數千個這樣的單元。主條目:功率晶體管功率MOSFET和前述的MOSFET元件在結構上就有著 的差異。一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結構,晶體管內的各端點都離芯片表面只有幾個微米的距離。而所有的功率元件都是垂直式(vertical)的結構,讓元件可以同時承受高電壓與高電流的工作環境。一個功率MOSFET能耐受的電壓是雜質摻雜濃度與N型磊晶層(epitaxial layer)厚度的函數,而能通過的電流則和元件的通道寬度有關,通道越寬則能容納越多電流。對于一個平面結構的MOSFET而言,能承受的電流以及崩潰電壓的多寡都和其通道的長寬大小有關。對垂直結構的MOSFET來說,元件的面積和其能容納的電流成大約成正比,磊晶層厚度則和其崩潰電壓成正比。功率MOSFET的工作原理截止: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。MOSFET的重要部位有哪些?蘇州低壓N管MOSFET廠家
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。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用NMOS。MOS管導通特性:導通的意思是作為開關,相當于開關閉合。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(高級驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高級驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高級驅動中,通常還是使用NMOS。蘇州低壓N管MOSFET廠家MOSFET的參數很多,包括直流參數、交流參數和極限參數。
MOSFET的尺寸縮小后出現的困難把MOSFET的尺寸縮小到一微米以下對于半導體制程而言是個挑戰,不過新挑戰多半來自尺寸越來越小的MOSFET元件所帶來過去不曾出現的物理效應。次臨限傳導由于MOSFET柵極氧化層的厚度也不斷減少,所以柵極電壓的上限也隨之變少,以免過大的電壓造成柵極氧化層崩潰(breakdown)。為了維持同樣的性能,MOSFET的臨界電壓也必須降低,但是這也造成了MOSFET越來越難以完全關閉。也就是說,足以造成MOSFET通道區發生弱反轉的柵極電壓會比從前更低,于是所謂的次臨限電流(subthreshold current)造成的問題會比過去更嚴重,特別是 的集成電路芯片所含有的晶體管數量劇增,在某些VLSI的芯片,次臨限傳導造成的功率消耗竟然占了總功率消耗的一半以上。
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的兩N型區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(一般規定在ID=10uA時的VGS作為VT)。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)。MOSFET的柵極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。
NMOS邏輯同樣驅動能力的NMOS通常比PMOS所占用的面積小,因此如果只在邏輯門的設計上使用NMOS的話也能縮小芯片面積。不過NMOS邏輯雖然占的面積小,卻無法像CMOS邏輯一樣做到不消耗靜態功率,因此在1980年代中期后已經漸漸退出市場。功率MOSFET功率晶體管單元的截面圖。通常一個市售的功率晶體管都包含了數千個這樣的單元。主條目:功率晶體管功率MOSFET和前述的MOSFET元件在結構上就有著 的差異。一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結構,晶體管內的各端點都離芯片表面只有幾個微米的距離。而所有的功率元件都是垂直式(vertical)的結構,讓元件可以同時承受高電壓與高電流的工作環境。一個功率MOSFET能耐受的電壓是雜質摻雜濃度與N型磊晶層(epitaxial layer)厚度的函數,而能通過的電流則和元件的通道寬度有關,通道越寬則能容納越多電流。箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET,或簡稱PMOS;杭州高壓N管MOSFET開關管
隨著MOSFET技術的不斷演進,現在的CMOS技術也已經可以符合很多模擬電路的規格需求。蘇州低壓N管MOSFET廠家
數字電路對MOSFET的幫助: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較快的一種。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,這種結構較大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,這使得從電源端到接地端不會有直接導通的路徑,大量節省了電流或功率的消耗,也降低了集成電路的發熱量。蘇州低壓N管MOSFET廠家
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