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(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏,漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會(huì)有柵極電流流過。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開,而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時(shí),柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導(dǎo)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(jié)J1消失,漏極和源極導(dǎo)電。MOSFET結(jié)構(gòu):為了改善某些參數(shù)的特性,如提高工作電流、提高工作電壓特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝。西安N-CHANNELMOSFET定制
從名字表面的角度來看MOSFET的命名,事實(shí)上會(huì)讓人得到錯(cuò)誤的印象。因?yàn)镸OSFET里表示“metal”的第1個(gè)字母M在當(dāng)下大部分同類的元件里是不存在的。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料,但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,隨后MOSFET柵極使用多晶硅取代了金屬。MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”(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。低壓MOSFET開關(guān)管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。
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。
如何選擇用于熱插拔的MOSFET?當(dāng)電源與其負(fù)載突然斷開時(shí),電路寄生電感元件上的大電流擺動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大的尖峰電壓,對電路上的電子元件造成十分不利的影響。與電池保護(hù)應(yīng)用類似,此處MOSFET可以將輸入電源與其他電路隔離開來。但此時(shí),F(xiàn)ET的作用并不是立即斷開輸入與輸出之間的連接,而是減輕那些具有破壞力的浪涌電流帶來的嚴(yán)重后果。這需要通過一個(gè)控制器來調(diào)節(jié)輸入電壓(VIN)和輸出電壓(VOUT)之間MOSFET上的柵源偏壓,使MOSFET處于飽和狀態(tài),從而阻止可能通過的電流。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。
MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的大優(yōu)勢是對直流信號(hào)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(huì)有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點(diǎn),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(dòng)。在CMOS邏輯電路里,除了負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)芯片外負(fù)載(off-chip load)的驅(qū)動(dòng)器(driver)外,每一級(jí)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(dòng)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(shè)計(jì)工程師而言亦有其他優(yōu)點(diǎn),例如較不需考慮邏輯門輸出端的負(fù)載效應(yīng)(loading effect)。MOS電容的特性決定了MOSFET的操作特性。南通N-CHANNELMOSFET
MOSFET電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。西安N-CHANNELMOSFET定制
常用于MOSFET的電路符號(hào)有很多種變化,較常見的設(shè)計(jì)是以一條直線表明通道,兩條和通道垂直的線表明源極與漏極,左方和通道平行而且較短的線表明柵極,如下圖所示。有時(shí)也會(huì)將表明通道的直線以破折線代替,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兩種類型。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,或簡稱PMOS(表明此元件的通道為P型);反之若箭頭從基極指向通道,則表明基極為P型,而通道為N型,此元件為N型的MOSFET,簡稱NMOS。在一般分布式MOSFET元件(discrete device)中,通常把基極和源極接在一起,故分布式MOSFET通常為三端元件。西安N-CHANNELMOSFET定制
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