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(wú)電流流過(guò)。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(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi),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(kāi)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(guò)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。值得一提的是采用平面式結(jié)構(gòu)的功率MOSFET也并非不存在,這類元件主要用在高級(jí)的音響放大器中。平面式的功率MOSFET在飽和區(qū)的特性比垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET更好。垂直式功率MOSFET則取其導(dǎo)通電阻(turn-on resistance)非常小的優(yōu)點(diǎn),多半用來(lái)做開(kāi)關(guān)切換之用。在集成電路中的MOSFET通常因?yàn)槭褂猛粋€(gè)基極(common bulk),所以不標(biāo)示出基極的極性。蘇州低壓P管MOSFET技術(shù)參數(shù)
理解MOSFET的幾個(gè)常用參數(shù)VDS,即漏源電壓,這是MOSFET的一個(gè)極限參數(shù),表示MOSFET漏極與源極之間能夠承受的較大電壓值。需要注意的是,這個(gè)參數(shù)是跟結(jié)溫相關(guān)的,通常結(jié)溫越高,該值較大。RDS(on),漏源導(dǎo)通電阻,它表示MOSFET在某一條件下導(dǎo)通時(shí),漏源極之間的導(dǎo)通電阻。這個(gè)參數(shù)與MOSFET結(jié)溫,驅(qū)動(dòng)電壓Vgs相關(guān)。在一定范圍內(nèi),結(jié)溫越高,Rds越大;驅(qū)動(dòng)電壓越高,Rds越小。Qg,柵極電荷,是在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下,柵極電壓從0V上升至終止電壓(如15V)所需的充電電荷。也就是MOSFET從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài),驅(qū)動(dòng)電路所需提供的電荷,是一個(gè)用于評(píng)估MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)能力的主要參數(shù)。Id,漏極電流,漏極電流通常有幾種不同的描述方式。根據(jù)工作電流的形式有,連續(xù)漏級(jí)電流及一定脈寬的脈沖漏極電流。P-CHANNELMOSFET開(kāi)關(guān)管隨著MOSFET技術(shù)的不斷演進(jìn),現(xiàn)在的CMOS技術(shù)也已經(jīng)可以符合很多模擬電路的規(guī)格需求。
當(dāng)MOSFET的尺寸縮的非常小、柵極氧化層也變得非常薄時(shí),例如編輯此文時(shí) 制程可以把氧化層縮到一納米左右的厚度,一種過(guò)去沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象也隨之產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為“多晶硅耗盡”。當(dāng)MOSFET的反轉(zhuǎn)層形成時(shí),有多晶硅耗盡現(xiàn)象的MOSFET柵極多晶硅靠近氧化層處,會(huì)出現(xiàn)一個(gè)耗盡層(depletion layer),影響MOSFET導(dǎo)通的特性。要解決這種問(wèn)題,金屬柵極是 的方案。可行的材料包括鉭(Tantalum)、鎢、氮化鉭(Tantalum Nitride),或是氮化鈦(Titalium Nitride)。這些金屬柵極通常和高介電常數(shù)物質(zhì)形成的氧化層一起構(gòu)成MOS電容。另外一種解決方案是將多晶硅完全的合金化,稱為FUSI(FUlly-SIlicide polysilicon gate)制程。
高壓MOSFET原理與性能分析:在功率半導(dǎo)體器件中,MOSFET以高速、低開(kāi)關(guān)損耗、低驅(qū)動(dòng)損耗在各種功率變換,特別是高頻功率變換中起著重要作用。在低壓領(lǐng)域,MOSFET沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,但隨著MOS的耐壓提高,導(dǎo)通電阻隨之以2.4-2.6次方增長(zhǎng),其增長(zhǎng)速度使MOSFET制造者和應(yīng)用者不得不以數(shù)十倍的幅度降低額定電流,以 折中額定電流、導(dǎo)通電阻和成本之間的矛盾。即便如此,高壓MOSFET在額定結(jié)溫下的導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的導(dǎo)通壓降仍居高不下,耐壓500V以上的MOSFET 的額定結(jié)溫、額定電流條件下的導(dǎo)通電壓很高,耐壓800V以上的導(dǎo)通電壓高得驚人,導(dǎo)通損耗占MOSFET總損耗的2/3-4/5,使應(yīng)用受到極大限制。一個(gè)完整的MOSFET結(jié)構(gòu)需要一個(gè)提供多數(shù)載流子的源極以及接受這些多數(shù)載流子的漏極。
MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的另外一大優(yōu)勢(shì)是對(duì)直流(DC)信號(hào)而言,MOSFET的柵極端阻抗為無(wú)限大(等效于開(kāi)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 主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(duì)同樣是MOSFET的柵極,如此一來(lái)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 常見(jiàn)的TTL)就沒(méi)有這些優(yōu)勢(shì)。MOSFET的柵極輸入電阻無(wú)限大對(duì)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)。模擬電路箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET,或簡(jiǎn)稱PMOS;廈門DUAL N-CHANNELMOSFET開(kāi)關(guān)管
在一般分布式MOSFET元件中,通常把基極和源極接在一起,故分布式MOSFET通常為三端元件。蘇州低壓P管MOSFET技術(shù)參數(shù)
MOSFET也被稱為電壓控制器件,因?yàn)闁艠O的電壓量控制著電流從漏極到源極的流動(dòng)。同樣,沒(méi)有電流從柵極流出。還有另一種稱為耗盡型的MOSFET。除了在摻雜時(shí)也形成溝道以外,與增強(qiáng)型相似,即,默認(rèn)情況下,耗盡型存在由增強(qiáng)型的柵極電壓形成的溝道,所有其他工作原理都相同,不同的是,耗盡型需要一個(gè)負(fù)柵極電壓來(lái)關(guān)閉它,它通常打開(kāi)(常閉),而增強(qiáng)型通常關(guān)閉(常開(kāi))。每個(gè)電路符號(hào)均有四個(gè)端子,即源極,柵極,漏極和襯底,其中,源極和襯底內(nèi)部連接。如果箭頭指向襯底,則其N溝道或電子流向柵極以形成N溝道,否則,其P溝道或電子從柵極流走以形成P溝道。蘇州低壓P管MOSFET技術(shù)參數(shù)
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