張家港高壓P管MOSFET設(shè)計(jì)

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2022-05-11

功率MOSFET的設(shè)計(jì)過(guò)程中采取措施使其中的寄生晶體管盡量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但總的原則是使漏極下的橫向電阻RB 盡量小。因?yàn)橹挥性诼ON區(qū)下的橫向電阻流過(guò)足夠電流為這個(gè)N區(qū)建立正偏的條件時(shí),寄生的雙極性晶閘管才開(kāi)始發(fā)難。然而在嚴(yán)峻的動(dòng)態(tài)條件下,因du/dt 通過(guò)相應(yīng)電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時(shí)這個(gè)寄生的雙極性晶體管就會(huì)起動(dòng),有可能給MOSFET帶來(lái)?yè)p壞。所以考慮瞬態(tài)性能時(shí)對(duì)功率MOSFET器件內(nèi)部的各個(gè)電容(它是dv/dt的通道)都必須予以注意。瞬態(tài)情況是和線路情況密切相關(guān)的,這方面在應(yīng)用中應(yīng)給予足夠重視。對(duì)器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應(yīng)的問(wèn)題。MOSFET柵極使用多晶硅取代了金屬。張家港高壓P管MOSFET設(shè)計(jì)

柵極氧化層漏電流增加?xùn)艠O氧化層隨著MOSFET尺寸變小而越來(lái)越薄,主流的半導(dǎo)體制程中,甚至已經(jīng)做出厚度 有1.2納米的柵極氧化層,大約等于5個(gè)原子疊在一起的厚度而已。在這種尺度下,所有的物理現(xiàn)象都在量子力學(xué)所規(guī)范的世界內(nèi),例如電子的穿隧效應(yīng)(tunneling effect)。因?yàn)榇┧硇?yīng),有些電子有機(jī)會(huì)越過(guò)氧化層所形成的位能障壁(potential barrier)而產(chǎn)生漏電流,這也是 集成電路芯片功耗的來(lái)源之一。為了解決這個(gè)問(wèn)題,有一些介電常數(shù)比二氧化硅更高的物質(zhì)被用在柵極氧化層中。例如鉿(Hafnium)和鋯(Zirconium)的金屬氧化物(二氧化鉿、二氧化鋯)等高介電常數(shù)的物質(zhì)均能有效降低柵極漏電流。柵極氧化層的介電常數(shù)增加后,柵極的厚度便能增加而維持一樣的電容大小。廈門(mén)高壓N管MOSFET技術(shù)參數(shù)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。

為何要把MOSFET的尺寸縮小基于以下幾個(gè)理由,我們希望MOSFET的尺寸能越小越好。 ,越小的MOSFET象征其通道長(zhǎng)度減少,讓通道的等效電阻也減少,可以讓更多電流通過(guò)。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(gè)問(wèn)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(huì)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(guò)這樣的改變同時(shí)會(huì)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(guò)壞處,而MOSFET在尺寸縮小后的切換速度也會(huì)因?yàn)樯厦鎯蓚€(gè)因素加總而變快。第三個(gè)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。

功率MOSFET的基本特性:漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱(chēng)為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性,ID較大時(shí),ID與UGS的關(guān)系近似線性,曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū))。電力 MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)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(shí)器件導(dǎo)通。電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)的。

選擇正確的MOSFET的方式:計(jì)算導(dǎo)通損耗,MOSFET器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計(jì)算,由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化,因此功率耗損也會(huì)隨之按比例變化。對(duì)便攜式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),采用較低的電壓比較容易 (較為普遍),而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì),可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微上升。計(jì)算系統(tǒng)的散熱要求,設(shè)計(jì)人員必須考慮兩種不同的情況,即壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對(duì)壞情況的計(jì)算結(jié)果,因?yàn)檫@ 個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù);比如封裝器件的半導(dǎo)體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻,以及大的結(jié)溫。開(kāi)關(guān)損耗其實(shí)也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。導(dǎo)通瞬間的電壓電流乘積相當(dāng)大,一定程度上決定了器件的開(kāi)關(guān)性能。不過(guò),如果系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)性能要求比較高,可以選擇柵極電荷QG比較小的功率MOSFET。我們所說(shuō)的MOSFET,指的是什么?廈門(mén)高壓N管MOSFET技術(shù)參數(shù)

MOSFET的特點(diǎn)有哪些?張家港高壓P管MOSFET設(shè)計(jì)

當(dāng)VGS繼續(xù)增大,負(fù)電荷增加,導(dǎo)電溝道擴(kuò)大,電阻降低,ID也隨之增加,并且呈較好線性關(guān)系,如圖3所示。此曲線稱(chēng)為轉(zhuǎn)換特性。因此在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為,改變VGS來(lái)控制漏源之間的電阻,達(dá)到控制ID的作用。由于這種結(jié)構(gòu)在VGS=0時(shí),ID=0,稱(chēng)這種MOSFET為增強(qiáng)型。另一類(lèi)MOSFET,在VGS=0時(shí)也有一定的ID(稱(chēng)為IDSS),這種MOSFET稱(chēng)為耗盡型。它的結(jié)構(gòu)如圖4所示,它的轉(zhuǎn)移特性如圖5所示。VP為夾斷電壓(ID=0)。耗盡型與增強(qiáng)型主要區(qū)別是在制造SiO2絕緣層中有大量的正離子,使在P型襯底的界面上感應(yīng)出較多的負(fù)電荷,即在兩個(gè)N型區(qū)中間的P型硅內(nèi)形成一N型硅薄層而形成一導(dǎo)電溝道,所以在VGS=0時(shí),有VDS作用時(shí)也有一定的ID(IDSS);當(dāng)VGS有電壓時(shí)(可以是正電壓或負(fù)電壓),改變感應(yīng)的負(fù)電荷數(shù)量,從而改變ID的大小。VP為ID=0時(shí)的-VGS,稱(chēng)為夾斷電壓。張家港高壓P管MOSFET設(shè)計(jì)

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