MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(對應于GTR的截止區);飽和區(對應于GTR的放大區);非飽和區(對應于GTR的飽和區)。電力 MOSFET工作在開關狀態,即在截止區和非飽和區之間來回轉換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時器件導通。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。動態特性:td(on)導通延時時間——導通延時時間是從當柵源電壓上升到10%柵驅動電壓時到漏電流升到規定電流的10%時所經歷的時間。tr上升時間——上升時間是漏極電流從10%上升到90%所經歷的時間。iD穩態值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩態值有關,UGS達到UGSP后,在up作用下繼續升高直至達到穩態,但iD已不變。MOSFET電路符號中,從通道往右延伸的箭號方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。廣東MOSFET市場價
為何要把MOSFET的尺寸縮小?基于以下幾個理由,我們希望MOSFET的尺寸能越小越好。第1,越小的MOSFET象征其通道長度減少,讓通道的等效電阻也減少,可以讓更多電流通過。雖然通道寬度也可能跟著變小而讓通道等效電阻變大,但是如果能降低單位電阻的大小,那么這個問題就可以解決。其次,MOSFET的尺寸變小意味著柵極面積減少,如此可以降低等效的柵極電容。此外,越小的柵極通常會有更薄的柵極氧化層,這可以讓前面提到的通道單位電阻值降低。不過這樣的改變同時會讓柵極電容反而變得較大,但是和減少的通道電阻相比,獲得的好處仍然多過壞處,而MOSFET在尺寸縮小后的切換速度也會因為上面兩個因素加總而變快。第三個理由是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。一片集成電路制程使用的晶圓尺寸是固定的,所以如果芯片面積越小,同樣大小的晶圓就可以產出更多的芯片,于是成本就變得更低了。柵極材料MOSFET價格為何要把MOSFET的尺寸縮小?
整合MOSFET與BJT各自優點的制程技術:BiCMOS(Bipolar-CMOS)也越來越受歡迎。BJT元件在驅動大電流的能力上仍然比一般的CMOS優異,在可靠度方面也有一些優勢,例如不容易被“靜電放電”(ESD)破壞。所以很多同時需要復噪聲號處理以及強大電流驅動能力的集成電路產品會使用BiCMOS技術來制作。隨著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設計模擬電路的另外一個優點也隨之浮現。為了減少在印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)上使用的集成電路數量、減少封裝成本與縮小系統的體積,很多原本 的類比芯片與數位芯片被整合至同一個芯片內。MOSFET原本在數位集成電路上就有很大的競爭優勢,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 的下降。另外像是某些混合信號電路(Mixed-signal circuits),如類比/數位轉換器(Analog-to-Digital Converter,ADC),也得以利用MOSFET技術設計出效能更好的產品。
MOSFET的應用: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極快的一種。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。MOSFET是電壓驅動的。
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。導電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區中的空穴推開,而將P區中的少子—電子吸引到柵極下面的P區表面當UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時,柵極下P區表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導體反型成N型而成為反型層,該反型層形成N溝道而使PN結J1消失,漏極和源極導電。值得一提的是采用平面式結構的功率MOSFET也并非不存在,這類元件主要用在高級的音響放大器中。平面式的功率MOSFET在飽和區的特性比垂直結構的MOSFET更好。垂直式功率MOSFET則取其導通電阻(turn-on resistance)非常小的優點,多半用來做開關切換之用。垂直式功率MOSFET多半用來做開關切換之用。P型MOSFET費用
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。廣東MOSFET市場價
功率MOSFET是電壓型驅動器件,沒有少數載流子的存貯效應,輸入阻抗高,因而開關速度可以很高,驅動功率小,電路簡單。但功率MOSFET的極間電容較大,輸入電容CISS、輸出電容COSS和反饋電容CRSS與極間電容的關系可表述為:功率MOSFET的柵極輸入端相當于一個容性網絡,它的工作速度與驅動源內阻抗有關。由于 CISS的存在,靜態時柵極驅動電流幾乎為零,但在開通和關斷動態過程中,仍需要一定的驅動電流。假定開關管飽和導通需要的柵極電壓值為VGS,開關管的開通時間TON包括開通延遲時間TD和上升時間TR兩部分。開關管關斷過程中,CISS通過ROFF放電,COSS由RL充電,COSS較大,VDS(T)上升較慢,隨著VDS(T)上升較慢,隨著VDS(T)的升高COSS迅速減小至接近于零時,VDS(T)再迅速上升。廣東MOSFET市場價
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