為何要把MOSFET的尺寸縮???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(chǎn)出更多的芯片,于是成本就變得更低了。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。廈門P-CHANNELMOSFET廠家
金屬—氧化層—半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)MOSFET在結(jié)構(gòu)上以一個金屬—氧化層—半導(dǎo)體的電容為 (如前所述, 的MOSFET多半以多晶硅取代金屬作為其柵極材料),氧化層的材料多半是二氧化硅,其下是作為基極的硅,而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結(jié)構(gòu)正好等于一個電容器(capacitor),氧化層扮演電容器中介電質(zhì)(dielectric material)的角色,而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(shù)(dielectric constant)來決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個端點。當(dāng)一個電壓施加在MOS電容的兩端時,半導(dǎo)體的電荷分布也會跟著改變。考慮一個P型的半導(dǎo)體(空穴濃度為NA)形成的MOS電容,當(dāng)一個正的電壓VGB施加在柵極與基極端(如圖)時,空穴的濃度會減少,電子的濃度會增加。當(dāng)VGB夠強(qiáng)時,接近柵極端的電子濃度會超過空穴。這個在P型半導(dǎo)體中,電子濃度(帶負(fù)電荷)超過空穴(帶正電荷)濃度的區(qū)域,便是所謂的反轉(zhuǎn)層(inversion layer)。MOS電容的特性決定了MOSFET的操作特性,但是一個完整的MOSFET結(jié)構(gòu)還需要一個提供多數(shù)載流子(majority carrier)的源極以及接受這些多數(shù)載流子的漏極。無錫高壓N管MOSFET廠家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。
MOSFET主要參數(shù):IDSS—飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中,柵極電壓UGS=0時的漏源電流。UP—夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中,使漏源間剛截止時的柵極電壓。UT—開啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場效管中,使漏源間剛導(dǎo)通時的柵極電壓。gM—跨導(dǎo)。是表示柵源電壓UGS—對漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。BUDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時,場效應(yīng)管正常工作所能承受的較大漏源電壓。這是一項極限參數(shù),加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BUDS。
NMOS邏輯同樣驅(qū)動能力的NMOS通常比PMOS所占用的面積小,因此如果只在邏輯門的設(shè)計上使用NMOS的話也能縮小芯片面積。不過NMOS邏輯雖然占的面積小,卻無法像CMOS邏輯一樣做到不消耗靜態(tài)功率,因此在1980年代中期后已經(jīng)漸漸退出市場。功率MOSFET功率晶體管單元的截面圖。通常一個市售的功率晶體管都包含了數(shù)千個這樣的單元。主條目:功率晶體管功率MOSFET和前述的MOSFET元件在結(jié)構(gòu)上就有著 的差異。一般集成電路里的MOSFET都是平面式(planar)的結(jié)構(gòu),晶體管內(nèi)的各端點都離芯片表面只有幾個微米的距離。而所有的功率元件都是垂直式(vertical)的結(jié)構(gòu),讓元件可以同時承受高電壓與高電流的工作環(huán)境。一個功率MOSFET能耐受的電壓是雜質(zhì)摻雜濃度與N型磊晶層(epitaxial layer)厚度的函數(shù),而能通過的電流則和元件的通道寬度有關(guān),通道越寬則能容納越多電流。箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET,或簡稱PMOS;
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比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。從名字表面的角度來看MOSFET的命名,事實上會讓人得到錯誤的印象。因為MOSFET里 “metal”的 個字母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。在處理器中,多晶硅柵已經(jīng)不是主流技術(shù),從英特爾采用45納米線寬的P1266處理器開始,柵極開始重新使用金屬。為何要把MOSFET的尺寸縮小?南通低壓N+NMOSFET技術(shù)參數(shù)
MOSFET分為結(jié)型和絕緣柵型。廈門P-CHANNELMOSFET廠家
MOSFET當(dāng)一個夠大的電位差施于MOSFET的柵極與源極(source)之間時,電場會在氧化層下方的半導(dǎo)體表面形成感應(yīng)電荷,而這時所謂的“反型層”(inversion channel)就會形成。通道的極性與其漏極(drain)與源極相同,假設(shè)漏極和源極是N型,那么通道也會是N型。通道形成后,MOSFET即可讓電流通過,而依據(jù)施于柵極的電壓值不同,可由MOSFET的通道流過的電流大小亦會受其控制而改變。 半導(dǎo)體元件的材料通常以硅(silicon)為 ,但是也有些半導(dǎo)體公司發(fā)展出使用其他半導(dǎo)體材料的制程廈門P-CHANNELMOSFET廠家
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