單一MOSFET開(kāi)關(guān):當(dāng)NMOS用來(lái)做開(kāi)關(guān)時(shí),其基極接地,柵極為控制開(kāi)關(guān)的端點(diǎn)。當(dāng)柵極電壓減去源極電壓超過(guò)其導(dǎo)通的臨界電壓時(shí),此開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為導(dǎo)通。柵極電壓繼續(xù)升高,則NMOS能通過(guò)的電流就更大。NMOS做開(kāi)關(guān)時(shí)操作在線(xiàn)性區(qū),因?yàn)樵礃O與漏極的電壓在開(kāi)關(guān)為導(dǎo)通時(shí)會(huì)趨向一致。PMOS做開(kāi)關(guān)時(shí),其基極接至電路里電位高的地方,通常是電源。柵極的電壓比源極低、超過(guò)其臨界電壓時(shí),PMOS開(kāi)關(guān)會(huì)打開(kāi)。NMOS開(kāi)關(guān)能容許通過(guò)的電壓上限為(Vgate-Vthn),而PMOS開(kāi)關(guān)則為(Vgate+Vthp),這個(gè)值通常不是信號(hào)原本的電壓振幅,也就是說(shuō)單一MOSFET開(kāi)關(guān)會(huì)有讓信號(hào)振幅變小、信號(hào)失真的缺點(diǎn)。為何要把MOSFET的尺寸縮小?深圳低壓P管MOSFET失效分析
常用于MOSFET的電路符號(hào)有很多種變化, 常見(jiàn)的設(shè)計(jì)是以一條直線(xiàn) 通道,兩條和通道垂直的線(xiàn) 源極與漏極,左方和通道平行而且較短的線(xiàn) 柵極,如下圖所示。有時(shí)也會(huì)將 通道的直線(xiàn)以破折線(xiàn)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(lèi)型,電路符號(hào)如圖所示(箭頭的方向不同)。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(chēng)PMOS( 此元件的通道為P型)DUAL P-CHANNELMOSFET開(kāi)關(guān)管越小的MOSFET象征其通道長(zhǎng)度減少。
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場(chǎng)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(zhì)而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場(chǎng)效晶體管元件時(shí)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(shù)十至數(shù)百埃(Å)不等,通常材料是二氧化硅(silicon dioxide,SiO2),不過(guò)有些新的進(jìn)階制程已經(jīng)可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride,SiON)做為氧化層之用。
制程變異更難掌控現(xiàn)代的半導(dǎo)體制程工序復(fù)雜而繁多,任何一道制程都有可能造成集成電路芯片上的元件產(chǎn)生些微變異。當(dāng)MOSFET等元件越做越小,這些變異所占的比例就可能大幅提升,進(jìn)而影響電路設(shè)計(jì)者所預(yù)期的效能,這樣的變異讓電路設(shè)計(jì)者的工作變得更為困難。MOSFET的柵極材料 播報(bào)理論上MOSFET的柵極應(yīng)該盡可能選擇電性良好的導(dǎo)體,多晶硅在經(jīng)過(guò)重(讀作zhong)摻雜之后的導(dǎo)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:⒈ MOSFET的臨界電壓(threshold voltage)主要由柵極與通道材料的功函數(shù)(work function)之間的差異來(lái)決定,而因?yàn)槎嗑Ч璞举|(zhì)上是半導(dǎo)體,所以可以藉由摻雜不同極性的雜質(zhì)來(lái)改變其功函數(shù)。更重要的是,因?yàn)槎嗑Ч韬偷紫伦鳛橥ǖ赖墓柚g能隙(bandgap)相同,因此在降低PMOS或是NMOS的臨界電壓時(shí)可以藉由直接調(diào)整多晶硅的功函數(shù)來(lái)達(dá)成需求。反過(guò)來(lái)說(shuō),金屬材料的功函數(shù)并不像半導(dǎo)體那么易于改變,如此一來(lái)要降低MOSFET的臨界電壓就變得比較困難。而且如果想要同時(shí)降低PMOS和NMOS的臨界電壓,將需要兩種不同的金屬分別做其柵極材料,對(duì)于制程又是一個(gè)很大的變量。MOSFET的重要部位有哪些?
功率MOSFET的種類(lèi):按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為;耗盡型;當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道,增強(qiáng)型;對(duì)于N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道,功率MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。功率MOSFET導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電,是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同,但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別,小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷β蔒OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),又稱(chēng)為VMOSFET(Vertical MOSFET),大幅提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。MOSFET的使用應(yīng)該注意什么事項(xiàng)?低壓P管MOSFET開(kāi)關(guān)管
MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)的。深圳低壓P管MOSFET失效分析
怎么選擇正確的MOSFET?1)溝道的選擇,為設(shè)計(jì)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(yīng)用中,當(dāng)一個(gè)MOSFET接地,而負(fù)載連接到干線(xiàn)電壓上時(shí),該MOSFET就構(gòu)成了低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。在低壓側(cè)開(kāi)關(guān)中,應(yīng)采用N溝道MOSFET,這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)MOSFET連接到總線(xiàn)及負(fù)載接地時(shí),就要用高壓側(cè)開(kāi)關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道 MOSFET,這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)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(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。在連續(xù)導(dǎo)通模式下,MOSFET處于穩(wěn)態(tài),此時(shí)電流連續(xù)通過(guò)器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過(guò)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(gè)電流的器件便可。深圳低壓P管MOSFET失效分析
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