南通低壓P管MOSFET失效分析

來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-04-28

MOSFET相關(guān)知識(shí):MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體),F(xiàn)ET(Field Effect Transistor場(chǎng)效應(yīng)晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場(chǎng)的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體(S)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào),它可分為 NPN型和PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型通常稱P溝道型。對(duì)于N溝道型的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,同樣對(duì)于P 溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管,其輸出電流是由輸入的電壓(或稱場(chǎng)電壓)控制,可以認(rèn)為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。MOSFET里的氧化層位于其通道上方。南通低壓P管MOSFET失效分析

MOSFET的應(yīng)用廣,隨著MOSFET技術(shù)的不斷演進(jìn),CMOS技術(shù)也已經(jīng)可以符合很多模擬電路的規(guī)格需求。再加上MOSFET因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的關(guān)系,沒有BJT的一些致命缺點(diǎn),如熱破壞(thermal runaway)。另外,MOSFET在線性區(qū)的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來取代傳統(tǒng)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(dāng)?shù)碾娐房刂葡驴梢员憩F(xiàn)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(dòng)元件(passive device)。這樣的優(yōu)點(diǎn)讓采用MOSFET實(shí)現(xiàn)模擬電路不但可以滿足規(guī)格上的需求,還可以有效縮小芯片的面積,降低生產(chǎn)成本。南通高壓P管MOSFET價(jià)格MOSFET柵極使用多晶硅取代了金屬。

整合MOSFET與BJT各自優(yōu)點(diǎn)的制程技術(shù):BiCMOS(Bipolar-CMOS)也越來越受歡迎。BJT元件在驅(qū)動(dòng)大電流的能力上仍然比一般的CMOS優(yōu)異,在可靠度方面也有一些優(yōu)勢(shì),例如不容易被“靜電放電”(ESD)破壞。所以很多同時(shí)需要復(fù)噪聲號(hào)處理以及強(qiáng)大電流驅(qū)動(dòng)能力的集成電路產(chǎn)品會(huì)使用BiCMOS技術(shù)來制作。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)于整合更多功能至單一芯片的需求也跟著大幅提升,此時(shí)用MOSFET設(shè)計(jì)模擬電路的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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 的類比芯片與數(shù)位芯片被整合至同一個(gè)芯片內(nèi)。MOSFET原本在數(shù)位集成電路上就有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),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(hào)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(shù)設(shè)計(jì)出效能更好的產(chǎn)品。

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管型號(hào)和增強(qiáng)型的P溝道MOS管型號(hào),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(duì)于這兩種增強(qiáng)型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小,且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中,一般都用NMOS。MOS管導(dǎo)通特性:導(dǎo)通的意思是作為開關(guān),相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng)),只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高級(jí)驅(qū)動(dòng))。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高級(jí)驅(qū)動(dòng),但由于導(dǎo)通電阻大,價(jià)格貴,替換種類少等原因,在高級(jí)驅(qū)動(dòng)中,通常還是使用NMOS。常用于MOSFET的電路符號(hào)有很多種變化。

由于MOSFET是對(duì)稱的,所以源極或漏極可以互換。因此,源極端子和基板端子在內(nèi)部連接,所以MOSFET具有三個(gè)端子,而且它們處于相同的電位,這就阻止了任何電流從襯底流向源極。在MOSFET中,我們希望電流從漏極流到源極,因此,我們必須在漏極和源極之間連接一個(gè)電池,該電壓稱為Vds,因?yàn)樗橛诼O和源極之間。電池的正極增加了漏極端子處的電勢(shì),從而增加了漏極和基板之間的耗盡區(qū),因此不會(huì)有電流從漏極流到源極,這時(shí)候MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài),這也稱為截止區(qū)域?,F(xiàn)在,要使電流從漏極流到源極,必須在它們之間建立一個(gè)通道。為了創(chuàng)建通道,我們又在柵極和襯底之間連接了一個(gè)小電壓源。電池正端與柵極相連,該電壓稱為Vgs,因?yàn)樗橛跂艠O和源極之間,襯底是p型半導(dǎo)體,因此,電荷載流子是空穴,但是存在一些自由電子作為少數(shù)電荷載流子。電池在基板內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng),由于該場(chǎng)襯底中的電子與電場(chǎng)相反地流動(dòng),即流向柵極,由于存在絕緣體,這些電子無(wú)法從基板流向柵極,因此它們聚集在襯底中的柵極附近。MOSFET中的絕緣體或電介質(zhì)不單會(huì)阻擋電子,還會(huì)增加電子上的電荷,從而吸引更多的電子。數(shù)字電路對(duì)MOSFET的幫助:使得MOSFET操作速度越來越快,成為各種半導(dǎo)體主動(dòng)元件中較快的一種。上海低壓P管MOSFET晶體管

MOSFET分為結(jié)型和絕緣柵型。南通低壓P管MOSFET失效分析

過去數(shù)十年來,MOSFET的尺寸不斷地變小。早期的集成電路MOSFET制程里,通道長(zhǎng)度約在幾個(gè)微米(micrometer)的等級(jí)。但是到了 的集成電路制程,這個(gè)參數(shù)已經(jīng)縮小了幾十倍甚至超過一百倍。2006年初,Intel開始以65納米(nanometer)的技術(shù)來制造新一代的微處理器,實(shí)際的元件通道長(zhǎng)度可能比這個(gè)數(shù)字還小一些。至90年代末,MOSFET尺寸不斷縮小,讓集成電路的效能 提升,而從歷史的角度來看,這些技術(shù)上的突破和半導(dǎo)體制程的進(jìn)步有著密不可分的關(guān)系。南通低壓P管MOSFET失效分析

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