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沒有競爭對(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，其增長速度使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。MOSFET的柵極選擇電性良好的導(dǎo)體，多晶硅在經(jīng)過重?fù)诫s之后的導(dǎo)電性可以用在MOSFET的柵極上。低壓N管MOSFET型號(hào)
單一MOSFET開關(guān)：當(dāng)NMOS用來做開關(guān)時(shí)，其基極接地，柵極為控制開關(guān)的端點(diǎn)。當(dāng)柵極電壓減去源極電壓超過其導(dǎo)通的臨界電壓時(shí)，此開關(guān)的狀態(tài)為導(dǎo)通。柵極電壓繼續(xù)升高，則NMOS能通過的電流就更大。NMOS做開關(guān)時(shí)操作在線性區(qū)，因?yàn)樵礃O與漏極的電壓在開關(guān)為導(dǎo)通時(shí)會(huì)趨向一致。PMOS做開關(guān)時(shí)，其基極接至電路里電位高的地方，通常是電源。柵極的電壓比源極低、超過其臨界電壓時(shí)，PMOS開關(guān)會(huì)打開。NMOS開關(guān)能容許通過的電壓上限為（Vgate-Vthn），而PMOS開關(guān)則為（Vgate+Vthp），這個(gè)值通常不是信號(hào)原本的電壓振幅，也就是說單一MOSFET開關(guān)會(huì)有讓信號(hào)振幅變小、信號(hào)失真的缺點(diǎn)。太倉低壓MOSFET定制漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。
柵極氧化層隨著MOSFET尺寸變小而越來越薄，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源之一。為了解決這個(gè)問題，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。而較厚的柵極氧化層又可以降低電子透過穿隧效應(yīng)穿過氧化層的機(jī)率，進(jìn)而降低漏電流。不過利用新材料制作的柵極氧化層也必須考慮其位能障壁的高度，因?yàn)檫@些新材料的傳導(dǎo)帶（conduction band）和價(jià)帶（valence band）和半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶與價(jià)帶的差距比二氧化硅?。ǘ趸璧膫鲗?dǎo)帶和硅之間的高度差約為8ev），所以仍然有可能導(dǎo)致柵極漏電流出現(xiàn)。
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。功率MOSFET的基本特性靜態(tài)特性：漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為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。降低高壓MOSFET導(dǎo)通電阻的原因：不同耐壓的MOSFET，其導(dǎo)通電阻中各部分電阻比例分布也不同。
MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的一大優(yōu)勢是對(duì)直流（DC）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，如此一來較不需考慮邏輯門本身的驅(qū)動(dòng)力。MOSFET的柵極輸入電阻無限大對(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）。MOSFET在導(dǎo)通時(shí)的通道電阻低，而截止時(shí)的電阻近乎無限大，所以適合作為模擬信號(hào)的開關(guān)。低壓MOSFET價(jià)格
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。低壓N管MOSFET型號(hào)
常見的MOSFET技術(shù)：雙柵極MOSFET，雙柵極（dual-gate）MOSFET通常用在射頻（Radio Frequency,RF）集成電路中，這種MOSFET的兩個(gè)柵極都可以控制電流大小。在射頻電路的應(yīng)用上，雙柵極MOSFET的第二個(gè)柵極大多數(shù)用來做增益、混頻器或是頻率轉(zhuǎn)換的控制。耗盡型MOSFET，一般而言，耗盡型（depletion mode）MOSFET比前述的增強(qiáng)型（enhancement mode）MOSFET少見。耗盡型MOSFET在制造過程中改變摻雜到通道的雜質(zhì)濃度，使得這種MOSFET的柵極就算沒有加電壓，通道仍然存在。如果想要關(guān)閉通道，則必須在柵極施加負(fù)電壓。耗盡型MOSFET的應(yīng)用是在“常閉型”（normally-off）的開關(guān)，而相對(duì)的，加強(qiáng)式MOSFET則用在“常開型”（normally-on）的開關(guān)上。低壓N管MOSFET型號(hào)
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