MOSFET在導(dǎo)通時的通道電阻低,而截止時的電阻近乎無限大,所以適合作為模擬信號的開關(guān)(信號的能量不會因為開關(guān)的電阻而損失太多)。MOSFET作為開關(guān)時,其源極與漏極的分別和其他的應(yīng)用是不太相同的,因為信號可以從MOSFET柵極以外的任一端進出。對NMOS開關(guān)而言,電壓 負(fù)的一端就是源極,PMOS則正好相反,電壓 正的一端是源極。MOSFET開關(guān)能傳輸?shù)男盘枙艿狡鋿艠O—源極、柵極—漏極,以及漏極到源極的電壓限制,如果超過了電壓的上限可能會導(dǎo)致MOSFET燒毀。MOSFET開關(guān)的應(yīng)用范圍很廣,舉凡需要用到取樣持有電路(sample-and-hold circuits)或是截波電路(chopper circuits)的設(shè)計,例如類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(A/D converter)或是切換電容濾波器(switch-capacitor filter)上都可以見到MOSFET開關(guān)的蹤影。常見的MOSFET技術(shù)有:雙柵極MOSFET。蘇州高壓N管MOSFET失效分析
理論上MOSFET的柵極應(yīng)該盡可能選擇電性良好的導(dǎo)體,多晶硅在經(jīng)過重(讀作zhong)摻雜之后的導(dǎo)電性可以用在MOSFET的柵極上,但是并非完美的選擇。MOSFET使用多晶硅作為的理由如下: MOSFET的臨界電壓(threshold voltage)主要由柵極與通道材料的功函數(shù)(work function)之間的差異來決定,而因為多晶硅本質(zhì)上是半導(dǎo)體,所以可以藉由摻雜不同極性的雜質(zhì)來改變其功函數(shù)。更重要的是,因為多晶硅和底下作為通道的硅之間能隙(bandgap)相同,因此在降低PMOS或是NMOS的臨界電壓時可以藉由直接調(diào)整多晶硅的功函數(shù)來達成需求。反過來說,金屬材料的功函數(shù)并不像半導(dǎo)體那么易于改變,如此一來要降低MOSFET的臨界電壓就變得比較困難。而且如果想要同時降低PMOS和NMOS的臨界電壓,將需要兩種不同的金屬分別做其柵極材料,對于制程又是一個很大的變量。多晶硅的融點比大多數(shù)的金屬高,而在現(xiàn)代的半導(dǎo)體制程中習(xí)慣在高溫下沉積柵極材料以增進元件效能。金屬的融點低,將會影響制程所能使用的溫度上限。深圳MOSFET箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET,或簡稱PMOS;
功率MOSFET的設(shè)計過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。因為只有在漏極N區(qū)下的橫向電阻流過足夠電流為這個N區(qū)建立正偏的條件時,寄生的雙極性晶閘管 才開始發(fā)難。然而在嚴(yán)峻的動態(tài)條件下,因dv/dt通過相應(yīng)電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時這個寄生的雙極性晶體管就會起動,有可能給MOSFET帶來損壞。所以考慮瞬態(tài)性能時對功率MOSFET器件內(nèi)部的各個電容(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。對器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應(yīng)的問題。
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。對于一個平面結(jié)構(gòu)的MOSFET而言,能承受的電流以及崩潰電壓的多寡都和其通道的長寬大小有關(guān)。對垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET來說,元件的面積和其能容納的電流成大約成正比,磊晶層厚度則和其崩潰電壓成正比。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。MOSFET在數(shù)字信號處理上主要的成功來自CMOS邏輯電路的發(fā)明。
MOSFET工作原理:要使增強型N溝道MOSFET工作,要在G、S之間加正電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS,則產(chǎn)生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。若先不接VGS(即VGS=0),在D與S極之間加一正電壓VDS,漏極D與襯底之間的PN結(jié)處于反向,因此漏源之間不能導(dǎo)電。如果在柵極G與源極S之間加一電壓VGS。此時可以將柵極與襯底看作電容器的兩個極板,而氧化物絕緣層作為電容器的介質(zhì)。當(dāng)加上VGS時,在絕緣層和柵極界面上感應(yīng)出正電荷,而在絕緣層和P型襯底界面上感應(yīng)出負(fù)電荷。這層感應(yīng)的負(fù)電荷和P型襯底中的多數(shù)載流子(空穴)的極性相反,所以稱為“反型層”,這反型層有可能將漏與源的兩N型區(qū)連接起來形成導(dǎo)電溝道。MOSFET電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。上海DUAL P-CHANNELMOSFET失效分析
MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的大優(yōu)勢是對直流(DC)信號而言,MOSFET的柵極端阻抗為無限大。蘇州高壓N管MOSFET失效分析
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。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時,空穴的濃度會減少,電子的濃度會增加。當(dāng)VGB夠強時,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)。蘇州高壓N管MOSFET失效分析
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